Circuitos Elétricos

- O que é uma corrente elétrica?
               
          É um movimento orientado de partículas com carga elétrica. No caso dos metais, são os eletrões livres (eletrões de valência).

- O que é um circuíto elétrico?

        É um caminho para a corrente elétrica que é contituído por uma fonte de energia ( Ex: Pilha, bateria, geradorm tomada elétrica ligada à rede elétrica, etc..) fios condutores, recetores ( Ex: lâmpada, aquecedor, rádio, motor elétrico, etc..) e aparelhos de medição.

Os circuítos elétricos representam-se através de esquemas, como por exemplo: 

Os aparelhos elétricos só funcionam quando os ligamos convenientemente a uma fonte de energia elétrica.

Durante o seu funcionamento, os aparelhos elétricos recebem energia elétrica que transforma noutros tipos de energia. Por isso se chamam recetores de energia elétrica.

Quando se liga convenientemente um recetor a uma fonte de energia elétrica diz-se que se estabelece um circuito elétrico fechado.

Todos os dispostivos elétricos têm dois terminais. - Nas pilhas, os terminais chamam-se polos, sendo o polo positivo assinalado por + e o polo negativo por -.

Há dispositivos chamados interruptores que permitem ligar e desligar os recetores. Os interruptores também têm dois terminais.

Quando o interruptor está aberto, o circuito está interrompido: a corrente elétrica está desligada.

Quando o interruptor está fechado, o circuito não está interrompido: a corrente elétrica está ligada.

Para ligar entre si os diferentes dispositivos de um circuito usam-se fios de ligação. Por vezes, adaptam-se crocodilos aos extremos dos fios para os prender aos componentes do circuito.

Circuitos elétricos em série e em paralelo:

É possível instalar num circuito elétrico mais do que um recetor. A instalação pode fazer-se de duas maneiras: em série e em paralelo.

Num circuito com duas lâmpadas em série, uma é ligada a seguir à outra, existindo apenas um caminho para a corrente elétrica.

Como só há um caminho para a corrente elétrica, verifica-se que o interruptor, qualquer que seja a sua localização, comanda todas as lâmpadas, quando se retira uma das lâmpadas, ou se uma delas funde, todas se apagam, quando se aumenta o número de lâmpadas, a luminosidade de cada uma diminui.

Num circuito com duas lâmpadas em paralelo, cada uma é instalada numa ramificação diferente, existindo, assim, mais do que um caminho para a corrente elétrica. Há um ponto chamado nó, onde a corrente do ramo principal se divide pelas duas ramificações, e outro nó onde a corrente se junta de novo.

Como há vários caminhos para a corrente elétrica, verifica-se que o interruptor instalado no circuíto principal comanda todas as lâmpadas, mas instalado numa das ramificações, comanda apenas uma lâmpada, quando se retira uma das lâmpadas, ou quando uma delas funde, as outras permanecem acesas, quando se aumenta o número de lâmpadas, a luminosidade mantém-se a mesma.

Diferença de potencial e intensidade da corrente:

Para que as partículas com carga elétrica tenham um movimento orientado na corrente elétrica, é necessário fornecer-lhes energia, por isso, nos circuitos elétricos há sempre uma fonte de energia.

Nas fontes de energia vem escrito o valor da sua diferença potencial. A diferença de potencial de uma fonte de energia relaciona-se com a energia que fornece à unidade de carga elétrica que atravessa o circuito. Quanto maior for a diferença de potencial da fonte de energia de um circuito, mais energia é fornecida às cargas elétricas do circuito.

Intensidade da corrente:

A intensidade da corrente é outra grandeza física caracteriza a corrente elétrica. A intensidade da corrente nos condutores metálicos e na grafite relaciona-se com o número de eletrões que passa numa secção reta do circuito por unidade de tempo. Quantos mais eletrões passarem na secção reta do circuito por segundo, maior é a intensidade da corrente.

Resistência elétrica:

Os metais, as ligas metálicas e a grafite, são exemplos de materiais bons condutores. No entanto, nem todos conduzem igualmente bem a corrente elétrica: uns têm maior resistência do que outros.

Nestes casos, "resistência" significa "oposição a...". O mesmo acontece com a resistência elétrica. A resistência elétrica relaciona-se com a oposição que os condutores oferecem à passagem da corrente elétrica.

Impulsão

Quando mergulhamos qualquer objeto na água, temos a sensação de que se torna mais leve. Parece-nos que algo empurra esse objeto para cima.
Foi há mais de dois mil anos que o sábio grego Arquimedes descobriu que os corpos mergulhados ficam sujeitos a uma força de baixo para cima, designada por impulsão.




Podemos observar nesta 1ª situação que o corpo encontra-se no meio do líquido, isto acontece por uma razão muito simples a força de impulsão é igual ao peso do corpo.


                   I = P

Podemos observar nesta 2ª situação que o corpo encontra-se a flutuar sobre a superfície do líquido, isto acontece pois a força da impulsão é maior do que o peso do corpo.

Paparente = Preal - I <=> I = Preal - Paparente <=> 

Preal = Paparente - I

                                                                                  I > P

Podemos observar nesta 3ª situação que o corpo encontra-se no fundo do líquido, isto acontece pois a força de impulsão é menor que o peso do líquido.

                            I < P

Outra forma de saber o valor da impulsão é que a impulsão tem o valor do peso do líquido deslocado.

A impulsão depende do volume imerso -> Se colocarmos em água corpos com massas iguais mas volumes diferentes, verificas que o corpo com maior volume tem menor peso aparente porque a impulsão é maior.

A impulsão depende da densidade do líquido -> Se colocarmos o mesmo corpo em água e em água salgada, verificas que na água salgada, que é mais densa, a impulsão é maior.

A impulsão não depende do peso -> Se colocarmos em água corpos com massas diferentes, logo, pesos diferentes, mas volumes iguais, verificas que a impulsão tem exatamente o mesmo valor.

Lei de Arquimedes:  Qualquer corpo mergulhado num líquido recebe da parte deste uma impulsão vertical, de baixo para cima, de valor igual ao peso do volume de líquido deslocado.

Nos gases a impulsão é muito menor do que nos líquidos, pois a densidade dos gases é muito menor do que a dos líquidos. é devido à impulsão do ar que os balões das crianças cheios de hélio e os balões de S.João com ar quente sobem lentamente no céu.

Leis de Newton

1ª Lei de Newton- Princípio da Inércia

Um corpo tem tendência a manter o seu movimento. Quando o corpo está parado, tem tendência a ficar parado, a não ser que haja uma força que movimente o mesmo. Quando um corpo está em movimento rectilíneo uniforme tem tendência a manter este movimento.

"Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a permanecer em movimento."

Então, conclui-se que um corpo só altera seu estado de inércia, se alguém, ou alguma coisa aplicar nele uma força resultante diferente se zero.

2ª Lei de Newton- Princípio Fundamental da Dinâmica

Quanto maior a massa do corpo, menor é a aceleração provocada pela força aplicada, e quanto maior a intensidade da força resultante ( )* maior é a aceleração. Ou seja, a força é sempre diretamente proporcional ao produto da aceleração de um corpo pela sua massa.

 

*F é a resultante de todas as forças que agem sobre o corpo (em N);

 m é a massa do corpo a qual as forças atuam (em kg);

 a é a aceleração adquirida (em m/s²).

 A unidade de força, no sistema internacional, é o N (Newton), que equivale a kg m/s² (quilograma metro por  segundo ao quadrado).

Quando aplicamos uma mesma força em dois corpos de massas diferentes observamos que elas não produzem aceleração igual.

3ª Lei de Newton- Princípio da Ação Reação 

Forças aplicadas em corpos diferentes não se anulam. Quando dois corpos estão em interação, à ação de um corpo sobre outro corresponde sempre uma reação igual e oposta que o segundo corpo exerce sobre o primeiro.

"As forças atuam sempre em pares, para toda força de ação, existe uma força de reação."

Evolução da Pilha

A história das pilhas teve um começo acidental, envolvendo Luigi Galvani, mas quem explicou corretamente a origem do facto foi o físico Alessandro Volta.

Em 1786, o anatomista italiano Luigi Galvani (1737-1798) dissecou uma rã sobre sua mesa, na qual se encontrava uma máquina eletrostática. Galvani observou contrações nos músculos do animal no momento em que seu assistente por acaso tocou com a ponta de seu bisturi no nervo interno da coxa da rã. Ou seja, isso acontecia no momento em que os tecidos da rã eram tocados por dois metais diferentes.

https://www.youtube.com/watch?v=Mulbf9W72ng - Experiência de Galvani

Galvani passou a defender, a partir de tal momento, uma teoria que tentava explicar esse fato: a teoria da “eletricidade animal”. Segundo Galvani, os metais eram apenas condutores da eletricidade, que na realidade estaria contida nos músculos da rã.

Entretanto, sua teoria estava errada e isso foi visto pelo físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), que realizou vários experimentos e notou que quando a placa e o fio eram constituídos do mesmo metal, as convulsões não apareciam, mostrando que não havia fluxo de eletricidade. Assim, ele passou a defender o conceito (correto) de que a eletricidade não se originava dos músculos da rã, mas sim dos metais e que os tecidos do animal é que conduziam essa eletricidade.

Para provar que estava correto, Volta fez um circuito formado por uma solução eletrolítica, ou seja, uma solução com íons dissolvidos, que ele chamava de condutor úmido ou condutor de segunda classe, colocados em contato com dois eletrodos metálicos. Esses últimos, Alessandro Volta designava de condutores secos ou condutores de primeira classe.

https://www.youtube.com/watch?v=0YY3ZShwoWA - Pilha caseira

Ele fez isso por colocar um condutor úmido (que era uma solução aquosa salina) entre dois condutores secos (que eram metais ligados por um fio condutor). Nesse momento ele observou que se despertava o fluxo elétrico. Ele passou a entender também que dependendo dos metais que ele utilizava, o fluxo da corrente poderia ser maior ou menor. Desse modo, podemos admitir que a ideia do que é uma pilha já estava sendo entendida e explicada por Volta.

Em 1800, Volta criou a primeira pilha elétrica que passou a ser chamada de pilha de Volta, pilha Galvânica ou pilha voltaica e, ainda, “rosário”. Um esquema dessa pilha é mostrado abaixo: ele colocou um disco de cobre por cima de um disco de feltro embebido em uma solução de ácido sulfúrico e, por último, um disco de zinco; e assim sucessivamente, empilhando essas séries até formar uma grande coluna. O cobre, o feltro e o zinco tinham um furo no meio e eram enfiados numa haste horizontal, sendo assim conectados por um fio condutor.

Outro experimento de Volta em relação às pilhas foi a coroa de copos, em que ele colocava duas placas de metais diferentes interligadas por um fio condutor, mas separadas por soluções eletrolíticas.

Atualmente sabemos que o que ocorre em uma pilha, como essas criadas por Volta, é que a eletricidade tem seu fluxo do polo negativo, denominado ânodo, que se oxida, perdendo elétrons para o polo positivo, chamado de cátodo, que se reduz, ganhando elétrons.

Essas pilhas feitas em solução aquosa não são muito usadas hoje em dia; apenas em termos de pesquisa, mas elas foram o princípio que desenvolveu as modernas pilhas que conhecemos hoje como pilhas secas e que são bem mais práticas para usar e transportar, além de fornecer uma corrente elétrica satisfatória por muito mais tempo.