Correntes induzidas

O movimento de um íman em relação a um enrolamento ou de um enrolamento em relação a um íman origina correntes de indução. Ao íman chama-se indutor e ao enrolamento o induzido.
A corrente de indução tem um sentido quando se introduz o pólo norte do íman no enrolamento e outro sentido quando o pólo norte é retirado. Tudo acontece ao contrário quando se introduz e se retira o pólo sul.

Como se produz, transporta e distribui a electricidade em larga escala ?

Produção e distribuição: A corrente eléctrica em larga escola é produzida nas centrais eléctricas por alternadores. Estes são formados por ímanes muito potentes que se movem a alta velocidade no interior das bobinas com milhares de espiras. Também se usam electroíman em vez de ímanes a rodar no interior de bobinas.
A velocidade de rotação dos electroíman é constante. Efectuam 50 rotações por segundo. Este valor corresponde à frequência da corrente alternada produzida, de 50 Hz.
A fonte de energia que provoca o movimento dos electroíman dos geradores das centrais, pode ser:
- a água, nas centrais hidroeléctricas;
- o fuelóleo, o carvão ou a biomassa, nas centrais termoeléctricas;
- o vento, nas centrais eólicas;
- o calor do interior da Terra, nas centrais geotérmicas;
- as ondas, nas centrais de energia das ondas;
- o urânio, nas centrais nucleares.

Transporte da electricidade: As centrais eléctricas estão, normalmente, a grandes distâncias dos centros populacionais. Portanto, há que transportar a corrente eléctrica através de cabos condutores. Durante o transporte há perdas de energia eléctrica por efeito Joule que é importante minimizar. Para reduzir as perdas de energia é necessário diminuir a intensidade da corrente, o que se consegue fazendo o transporte da corrente eléctrica em alta tensão. Transforma-se a corrente eléctrica que sai do alternador em corrente de alta tensão, fazendo-a passar por elevadores de tensão. Só depois é transportada para às localidades. Junto das localidades, a tensão é de novo reduzida, em fases sucessivas, fazendo-a passar por abaixadores de tensão até atingir o valor adequado às instalações das casas, das fábricas ou dos hospitais. Os elevadores e os abaixadores de tensão chamam-se transformadores. Os transformadores permitem alterar a tensão, ou a diferença de potencial, da corrente eléctrica. O seu funcionamento também se baseia na indução electromagnética, são constituídos essencialmente por duas bobinas de fio condutor em torno de um núcleo de ferro macio. As bobinas têm diferentes números de espirais.

Introdução Electromagnética (Produção de Corrente Eléctrica)

Em 1831, o físico e químico britânico Michael Faraday fez uma descoberta muito importante, a qual ainda hoje é posta em prática para produzir corrente eléctrica.

Descobriu que era possível produzir corrente eléctrica movendo um íman no interior de um fio enrolado. Chamou-lhe corrente induzida.

A alteração da posição do íman (e do campo magnético por este criado), leva a que os electrões da espira (representados a azul) procurem novas posições em relação ao íman. Cria-se desta forma corrente eléctrica alternada, uma vez que os electrões efectuam movimentos cíclicos, alternados - ora se deslocam num sentido, ora no outro, consoante o movimento do íman.

Energia

Uma vez que a Potência eléctrica nos informa sobre a quantidade de energia consumida por unidade de tempo, para calcular a energia(E) consumida por um condutor precisamos de saber durante quanto tempo (t) este esteve em funcionamento e qual a sua potência (P). Assim:

E = P x t

ou

E = U x I x t

Considera o exemplo anterior e admite que a lâmpada funcionou durante 10 segundos.

A energia consumida pela lâmpada nos 10 segundos de funcionamento calcula-se da seguinte forma:

E = U x I x t ⟺

E = 3 x 0,5 x 10 ⟺

E = 15 J

Potência Eléctrica

A Potência de um componente eléctrico indica-nos a quantidade de energia gasta por unidade de tempo por esse componente A unidade de Sistema Internaciona SI para a potência é o Watt (W). Para determinar a potência eléctrica de um componente eléctrico em funcionamento num circuito, é necessário conhecer a Diferença de Potencial (U) aos seus terminais e a Intensidade de Corrente (I) que o atravessa. Para calcular a potência basta multiplicar a Diferença de Potencial (U) pela Intensidade de Corrente:

Potência = Diferença de Potencial x Intensidade de Corrente

ou

P = U x I

Considera o exemplo seguinte:

Sabendo que a Diferença de Potencial aos terminais da lâmpada é de 3 V, e a Intensidade de COrrente que a percorre é de 0,5 A, a potência eléctrica da lâmpada será:

P = U x I ⟺

P = 3 x 0,5 ⟺

P = 1,5 W

A Potência eléctrica da lâmpada é de 1,5 W, ou seja, a cada segundo que passa a lâmpada consome 1,5 Joule de Energia.

Condutores Não-Óhmicos

Um condutor Não-Óhmico apresenta, tal como já foi dito, diferentes valores de Resistência Eléctrica, consoante a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que o atravessa. Nesse caso, não há proporcionalidade directa entre a Diferença de Potencial aos terminais do condutor e a Intensidade de Corrente que o percorre. A representação gráfica da Diferença de Potencial em função da Intensidade de Corrente já não é uma recta a passar na origem das posições. Pode ser, por exemplo:

Lei de Ohm - Condutores Óhmicos

A Lei de Ohm permite identificar um condutor Óhmico. Diz o seguinte:

" A Diferença de Potencial nos terminais de qualquer condutor metálico filiforme e homogéneo, a temperatura constante, é directamente proporcional à Intensidade de Corrente que o percorre. "

Ou seja, para um condutor ser Óhmico, nas condições referidas, deve apresentar uma relação de proporcionalidade directa entre a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que o atravessa. Essa relação de proporcionalidade directa indica-nos que a Resistência Eléctrica é sempre constante. A representação gráfica da Diferença de Potencial em função da Intensidade de Corrente será uma recta a passar na origem das posições:

Condutores Óhmicos e Não -Óhmicos

Há materiais que mantém sempre o mesmo valor de resistência, qualquer que seja a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que os atravessa. A estes chamamos de Condutores Óhmicos ou Lineares.
Por outro lado, há materiais cujo valor de resistência varia, consoante a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que os atravessa. A estes chamamos de Condutores Não-Óhmicos.

Bons Condutores, Semi-Condutores e Isoladores de Corrente Eléctrica

Materiais Bons Condutores

                                                                           cobre

                                                                           

                                                                              ferro

Materiais 

Semi-Condutores

circuitos electrónicos

LED

Materiais Isoladores

borracha

vidro

Outros factores de que depende a Resistência Eléctrica

A Resistência eléctrica oferecida por determinado condutor não depende apenas do tipo de material de que este é constituído. Também depende...

... do comprimento do condutor

... da espessura do condutor

Como determinar a Resistência Eléctrica de um condutor
(Método Directo)

A Resistência Eléctrica mede-se em Ohm (Ω). Para medir a Resistência Eléctrica de determinado condutor, pode-se utilizar um Ohmímetro.

O Ohmímetro (na imagem está representado um Multímetro) deve ser ligado aos terminais do condutor para que o seu valor de resistência seja indicado correctamente.

Como determinar a Resistência Eléctrica de um condutor

(Método Indirecto)

Num condutor em funcionamento num circuito eléctrico pode ser determinada se conhecermos a Diferença de Potencial aos terminais do condutor e a Intensidade dse Corrente Eléctrica que o atravessa. A Resistência Eléctrica pode ser determinada da seguinte forma:

Para obteres a Resistência Eléctrica em Ohm (Ω), a Diferença de Potencial deve ser convertida a Volt (V) e a Intensidade de Corrente a Ampere (A). Considera o seguinte exemplo:

Neste caso, a Resistência Eléctrica pode ser calculada da seguinte forma:

A Resistência Eléctrica deste condutor é de 3 Ω.

Resistência Eléctrica

A corrente eléctrica é um fluxo de electrões que se movimentam ao longo de determinado material.

Ao longo do seu movimento, os electrões chocam constantemente com os átomos do material condutor. Estes átomos opõem-se à sua passagem. Assim:

• Há materiais bons condutores de corrente eléctrica, não oferecem grande resistência à passagem dos electrões;

• Há materiais maus condutores de corrente eléctrica (Isoladores), que oferecem grande resistência à passagem dos electrões.

Intensidade de Corrente em Circuitos em Paralelo

Considera um circuito eléctrico constituido por 1 pilha, 1 interruptor e 2 lâmpadas ligadas em paralelo com a pilha. O material utilizado é o mesmo da actividade anterior:

Ao colocar amperímetros em diversos pontos do circuito, estes apresentaram os valores indicados em seguida:

Pode-se então concluir que:

Num circuito em paralelo como o deste exemplo, a Intensidade de Corrente que percorre o ramo principal divide-se pelos restantes ramos de modo a que a soma das Intensidades de Corrente em cada ramo seja igual à Intensidade de Corrente no ramo principal;

Intensidade de Corrente 2 + Intensidade de Corrente 3 = 0,5 + 0,3 = 0,8A

Intensidade de Corrente 1 = Intensidade de Corrente 4 = 0,8A

Como determinar a Intensidade de Corrente?

A Intensidade de Corrente que percorre determinado condutor em funcionamento pode ser determinada utilizando um Amperímetro.

            

Num circuito eléctrico o amperímetro é sempre ligado em série com o componente:

Intensidade de Corrente em Circuitos em Série

Considera um circuito eléctrico constituido por 1 pilha , 1 interruptor e 2 lâmpadas ligadas em série com a pilha.

Ao colocar amperímetros em diversos pontos do circuito, estes apresentaram os valores indicados em seguida:

Pode-se então concluir que:

Num circuito em série, a Intensidade de Corrente que percorre o circuito é a mesma em qualquer ponto do circuito.

Intensidade de Corrente

A Intensidade de Corrente relaciona-se com o número de electrões que passa numa secção recta de determinado condutor metálico, por unidade de tempo.


Quanto maior o número de electrões a atravessar o condutor por unidade de tempo, maior a Intensidade de Corrente.
A unidade SI para a Intensidade de Corrente é o Ampere, cuja abreviatura é o símbolo A.

Diferença de Potencial em Circuitos em Paralelo

Considera um circuito eléctrico constituido por 1 pilha de 3 Volt, 1 interruptor e 2 lâmpadas ligadas em paralelo com a pilha. O material utilizado é o mesmo da actividade anterior:



Ao medir a d.d.p. na pilha e nas lâmpadas, os resultados foram os seguintes:

Pode-se então concluir que:

Num circuito em paralelo como o deste exemplo, a d.d.p. do ramo principal é igual à d.d.p. em cada um dos outros ramos.

Como determinar a Diferença de Potencial

A d.d.p. de uma fonte de energia ou aos terminais de qualquer componente eléctrico em funcionamento pode ser determinada utilizando um Voltímetro.

                                
      voltimetro analógico                                                        voltimetro digital

Num circuito eléctrico o voltímetro é sempre ligado aos terminais do componente eléctrico para o qual queremos determinar a d.d.p., ou seja, o voltímetro é sempre ligado em paralelo com o componente:

    

Ao medir a d.d.p. aos terminais da pilha, o voltímetro regista 3 Volt:


Ao medir a d.d.p. nas lâmpadas, os resultados obtidos foram os seguintes:

Pode-se então concluir que:

Num circuito em série, a d.d.p. da fonte de energia (pilha) é igual à soma das d.d.p. dos receptores de energia (lâmpadas);

d.d.p. pilha = 3 V

d.d.p. 1.ª lâmpada + d.d.p. 2.ª lâmpada = 2 + 1 = 3 V 

Diferença de Potencial

Certamente já reparaste que é possível encontrar à venda vários tipos de pilhas ou baterias diferentes. Para além da diferença no tamanho, algumas delas apresentam diferença na "voltagem". Por exemplo:


            Pilha AAA                                                                Bateria de automovél

                                       
                   1,5V                                                                     12V

Aquilo a que chamamos habitualmente de "voltagem" é a diferença de potencial (d.d.p.) da pilha ou bateria. Essa d.d.p. está relacionada com a energia que a pilha ou bateria transfere para as cargas eléctricas que vão percorrer o circuito.

A unidade SI para a d.d.p. é o Volt, cuja abreviatura é o símbolo V.

Podemos dizer então que a bateria de 12 Volt fornece mais energia às cargas eléctricas de um circuito do que a pilha de 1,5 Volt.

Circuitos em Série e em Paralelo

Os componentes de um circuito podem ser ligados entre si de formas diferentes. 


                       Circuito em Série
- As lâmpadas apenas funcionam simultâneamente;

- Se uma das lâmpadas funde ou é desenroscada, o circuito fica aberto e a outra lâmpada apaga-se.



                   Circuito em paralelo
- As lâmpadas funcionam de forma independente uma da outra;
- Se uma das lâmpadas funde ou é desenroscada, a outra lâmpada continua a brilhar.

Os circuitos representam-se esquematicamente da seguinte forma:


Circuito em Série


Circuito em Paralelo

Representação de Circuitos Eléctricos

No que diz respeito à representação esquemática de circuitos eléctricos, é essencial que utilizemos sempre os mesmos símbolos, de forma a que sejam percebidos por todos. Na tabela abaixo é indicado o símbolo que corresponde a alguns dos mais importantes componentes eléctricos.


representação esquemática de um circuito eléctrico:

Sentido da Corrente Eléctrica

Num condutor metálico, a corrente eléctrica é explicada por um fluxo desordenado de electrões que atravessam esse condutor.

Estes electrões fluem do Pólo Negativo para o Pólo Positivo da fonte - Sentido Real da Corrente Eléctrica. Em Física, convencionou-se que a corrente eléctrica tem o sentido do Pólo Positivo para o Pólo Negativo da fonte - Sentido Convencional da Corrente Eléctrica.