Electricidade

Circuitos eléctricos

   -> Um circuito eléctrico é um conjunto de aparelhos, ligados electricamente,

   -> Se um circuito eléctrico está ligado adequadamente, diz-se um circuito eléctrico fechado. 

-> Se pelo contrário o circuito eléctrico está interrompido, diz-se aberto, a corrente está desligada.

  -> Para instalar um circuito eléctrico precisamos de uma fonte de energia e precisamos de um receptor de energia. 

  -> Como fonte de energia temos :

   

        - Pilha

        - Gerador

        - Tomada eléctrica 

  -> E como receptor de energia temos: 

       - Lâmpada 

       - Motor eléctrico

       - Campainha 

       - Fios eléctricos

    

  > Estes receptores vão receber a energia eléctrica e vão transformá-la noutros tipos de energia.

Simbologia 

Fontes de energia  : 

          

Receptores de energia : 

Circuitos eléctricos em série


   - Nestes circuitos, existe mais que um receptor e estão colocados em série, ou seja, só existe um caminho para a corrente eléctrica.
   - O interruptor comanda todas os receptores, por exemplo, lâmpadas.
   - Se uma delas se funde, todas se apagam. E quando se ligam mais lâmpadas as outras perdem brilho.
  - Este sistema é utilizado, por exemplo em árvores de natal.

 


Circuitos eléctricos em paralelo


- Neste caso, cada lâmpada é instalada numa divisão diferente, existindo assim vários caminhos para a corrente eléctrica.
- O interruptor só controla a lâmpada à qual está associada.
- Quando uma se funde, as outras não se apagam e quando se adicionam mais lâmpadas as outras não perdem o seu brilho.

O que é a corrente eléctrica?


- A corrente eléctrica é um movimento orientado de partículas com carga eléctrica.
- Existe a corrente contínua, na qual não há mudança de sentido, existente nas pilhas e a alternada, existente nos circuitos das lâmpadas, onde há mudança de sentido.
- Nos circuitos eléctricos, o sentido convencional da corrente eléctrica vai do pólo positivo para o negativo. O sentido real da corrente eléctrica vai do pólo negativo para o pólo positivo.



Grandezas físicas associadas à corrente eléctrica

Diferença de potencial:

• Diferença de potencial (d.d.p.) ou tensão eléctrica, relaciona-se com a energia que é transferida para o circuito eléctrico.
• Representa-se por V ou U. 
• A unidade do sistema internacional é o volt.
• A d.d.p. mede-se através de um voltímetro.
  

• Para medirmos a diferença de potencial de uma fonte de energia estabelecemos um circuito fechado entre a fonte e o voltímetro e ligamos o terminal negativo do voltímetro ao pólo negativo da fonte e o terminal positivo ao pólo positivo da fonte.
• Para medirmos a diferença de potencial de um receptor, ligam-se os dois terminais (em paralelo) ao voltímetro.
  
  

Intensidade da corrente eléctrica

• A intensidade da corrente eléctrica é o número de cargas eléctricas que passa numa secção do condutor, por segundo. 
• Representa-se pela letra I, a unidade so S.I. é o ampere (A) e mede-se através de um amperímetro.
• Os amperímetros instalam-se nos circuitos eléctricos em série.
• A instalação é semelhante à do voltímetro, negativo com negativo/positivo com positivo.
  

• A intensidade da corrente é igual em todos os receptores.
• A intensidade da corrente no ramo principal é igual à soma das intensidades da corrente que percorre os outros ramos.

Resistência eléctrica

• A resistência eléctrica é uma grandeza física que caracteriza os condutores eléctricos, como os metais e a grafite, e tem a ver com a oposição que os mesmos oferecem à passagem da corrente.
  
• Ou seja quando um condutor oferece uma resistência maior, diz-se que é um mau condutor. Pela mesma lógica quando a resistência é menor, o condutor é melhor.
  
• A  unidade do S.I. é o ohm.
   
• Relacionando a intensidade com a resistência..."Quanto menor for a resistência dos condutores maior é a intensidade da corrente.
  Quanto maior for a resistência menos é a intensidade da corrente. "
  
• A resistência eléctrica mede-se com um ohmímetro, se os condutores não estão a ser utilizados. Se estão a ser utilizados, medimos a resistência através de um método indirecto:

• 
  

• A resistência dos condutores depende do seu comprimento, da sua espessura e do seu material. Quando maior for o comprimento maior a resistência, quando maior for a espessura menor a resistência. 
• Quanto aos materiais, podemos destacar a prata e o cobre como os melhores condutores. Como pior condutor, temos o carbono.

Lei de Ohm

• A lei de Ohm diz : "A diferença de potencial nos terminais de qualquer condutor metálico filiforme e homogéneo, a temperatura constante , é directamente proporcional à intensidade da corrente que o percorre.
  Então... U = temperatura constante.
              I
• Esta lei aplica-se para condutores óhmicos, ou seja, condutores onde a sua resistência tem sempre o mesmo valor, independentemente do circuito eléctrico onde estejam instalados ou da intensidade eléctrica a que estejam sujeitos.
  
• Os condutores não-óhmicos, têm resistência eléctrica diferente em circuitos diferentes.

Reóstatos

• O reóstato é um aparelho utilizado para variar a resistência eléctrica dos condutores através do seu comprimento.
• Podemos dividir os reóstatos em 2 grupos:
  
      -> Reóstato de resistência variável - É construído de modo a poder variar o valor da sua resistência continuamente entre dois pontos, desde zero até ao máximo pré-determinado.
  
      -> Reóstato de resistência fixa - É colocado de forma a que a sua resistência não varie, independentemente da posição do cursor, e o valor apresentado é o máximo.
  

Reóstato usado para variar a resistência num circuito eléctrico

      

Forças de atrito

 -> As forças de atrito são forças que se opõem ao movimento e surgem sempre que duas superfícies entram em contacto e uma se tenta movimentar em relação à outra.

 -> Estas dependem sempre da natureza da superfície de contacto e do peso do corpo que se move.

 -> Dentro das forças de atrito existe:

   

       - o atrito estático, que é o atrito que temos de vencer para pôr algo em          movimento.

    

       - o atrito cinético, que é o atrito que é necessário vencer durante o                movimento. E dento do atrito cinético existem mais dois tipos, o atrito          de escorregamento e o atrito de rolamento.

-> Se não existisse o atrito, não existia movimento.

As 3 Leis de Newton

1ª Lei de Newton ou Lei da Inércia

 
• A lei da Inércia diz : Qualquer corpo permanece em repouso ou em movimento rectilíneo uniforme se o conjunto de forças que nele actuam tem resultante nula.
• Um corpo em movimento, sujeito a uma resultante de forças nula, vai manter um movimento rectilíneo uniforme. Se não houver qualquer acção do exterior sobre o corpo, este permanece em movimento e a sua velocidade mantém se constante.
• Um corpo em repouso, sujeito a uma resultante de forças nula tem tendência a manter o seu estado de repouso. Se não houver qualquer acção do exterior sobre o corpo, este permanece em repouso.

2ª Lei de Newton ou Lei Fundamental Dinâmica

• A 2ª lei de Newton diz : A força resultante do conjunto das forças que actuam num corpo produz nele uma aceleração com a mesma direcção e o mesmo sentido da força resultante, que é tanto maior quanto maior for a intensidade da força resultante.
• A aceleração é maior quando menor for a massa do corpo e é inversamente proporcional à mesma.
• Pode-se relacionar estas grandezas pela expressão:
  
  

3ª Lei de Newton ou Lei da Acção-Reacção

• E por fim a 3ª Lei de Newton diz : Quando dois corpos estão em interacção, à acção de um corpo sobre outro corresponde sempre uma reacção igual e oposta que o segundo corpo exerce sobre o primeiro.
• Esta lei fundamenta que as forças exercidas num corpo actuam sempre aos pares, ou seja quando um corpo actua uma força sobre outro, esse também actua uma força sobre o primeiro.
• Este par de forças é chamado par acção-reação, e podem actuar por contacto ou à distância. As duas forças têm a mesma direcção e intensidade mas têm sentidos opostos.
• Por exemplo se eu for chutar uma bola, eu exerço uma força sobre a bola e a bola por sua vez exerce uma força no meu pé. -> Estas forças actuam por contacto. Mas no caso da Lua e da Terra, que exercem uma força sobre a outra, são forças que actuam à distância, e é isso que faz a Lua girar à volta da Terra.

Forças

• Uma força é uma interacção entre dois corpos. 
•  É representada por um vector caracterizado por: 

   - Intensidade (N)
   - Sentido 
   - Direcção
   - Ponto de aplicação



Resultante de duas forças


Soma


F1 - 20 N
F2 - 30 N

• Se eu quiser calcular a resultante destas duas forças, visto que elas têm a mesma direcção e o mesmo sentido basta somar F1+F2 = Fr <=> 20 + 30 = 50 N. 
• A intensidade da força resultante é 50 N, a direcção é horizontal e o sentido da esquerda para a direita.

Subtracção

F1 - 80 N
F2 - 100 N

• Quando temos duas forças com sentidos opostos, usamos a subtracção
  -> F2 - F1 = Fr <=> 100N - 80 N = 20 N
• A intensidade da força resultante é 20 N, a direcção é horizontal e o sentido é da direita para a esquerda.
  
  
  
  Teorema de Pitágoras

F1 e F2 - 20N

Quando as duas forças

 têm sentidos opostos 

e formam um ângulo 

de 90º entre si, criamos

 uma linha paralela a F2

 e uma paralela a F1. 

Traçamos uma recta 

desde a origem até ao 

ponto onde as paralelas

 se tocam e por fim usamos o teorema de pitágoras.

                                     

Regra de 3 Simples

•  Quando os vectores têm sentidos opostos e não formam um ângulo de 90º , procedemos da mesma maneira, fazemos linhas paralelas aos vectores e criamos uma linha desde a origem até onde as paralelas se tocam. 
• De seguida medimos a força resultante e fazemos uma regra de 3 simples :

   Ex: A linha da força resultante mede 5,5 cm. 

        Se 1 cm = 1N 

        . . .

     

        Cm             N          

         1 ------------1             X = 5,5 N -> Intensidade da força resultante.

         

        5,5 ---------- X

O movimento

Estou em movimento ou em repouso?

-Para podermos concluir se algo ou alguém está em repouso precisamos de um referencial. 
Por exemplo, um carro estacionado pode estar em repouso em relação a outro carro estacionado mas se o referencial for a lua, esse carro já se encontra em movimento.

-Concluímos que o estado de movimento ou de repouso de um corpo é sempre relativamente a um referencial.

-Um corpo só se encontra em movimento se a sua posição em relação ao referencial se altera ao longo do tempo, da mesma maneira, um corpo só se encontra em repouso se a sua posição não se altera ao longo do tempo.







Gráfico posição-tempo

Um gráfico deste tipo serve para descrever o movimento de um corpo num certo período de tempo.

Pela observação do gráfico podemos concluir que :

- O corpo esteve em movimento dos 0s aos 2s e dos 6s aos 10s.
- O corpo esteve em repouso dos 2s aos 6s.




Distância, deslocamento

- Um indivíduo foi de A para C, passando por B.
- Para descrever a trajectória podemos usar :

• Distância.. é uma grandeza escalar que pode ser representada por s. -> Para calcular a distância acima somamos 15 m + 18 m = 33 m.
• Deslocamento.. é uma grandeza vectorial que se representa através de um vector d caracterizado por direcção, sentido e intensidade. O deslocamento neste caso é 20 m.
  
  
  
  
  Rapidez e Velocidade

• A rapidez média (m/s) é uma grandeza escalar que é calculada dividindo a distância percorrida (s) pelo tempo (t).

           

• A velocidade é uma grandeza que indica a rapidez em cada momento. Como é caracterizada por um vector, ainda nos indica a direcção, o sentido, o ponto de aplicação e a intensidade.

Tipos de movimento

Uniforme :

Um movimento é uniforme quando a sua velocidade não sofre alterações, ou seja mantém-se constante.

Dentro dos movimentos uniformes, existe o movimento uniforme curvilíneo, no qual a direcção no vector velocidade varia e o movimento rectilíneo uniforme rectilíneo, no qual não há mudança de sentido nem direcção.

Dentro dos movimentos rectilíneos uniformes ainda existem mais dois :

 - Movimento rectilíneo uniformemente acelerado, que é quando o valor da velocidade aumenta sempre uniformemente.

 - Movimento rectilíneo uniformemente retardado, que é quando o valor da velocidade diminui uniformemente.

Distância de segurança

• A distância de segurança é a distância segura que um carro deve distanciar de outro de modo a que se o carro tiver de fazer uma paragem de emergência, não bata no outro.
• A distância de segurança é a distância de reacção do condutor mais a distância de travagem.
• O tempo de travagem depende das características de cada veículo e do pavimento onde se encontra o veículo.

• Para calcular a distância de reação, calculamos a área do rectângulo A = 16 x 0,8 = 12,8 m.
• Para calcular a distância de travagem calculamos a área do triângulo B = (b x h ) :2 = (3 x 16) : 2 = 24 m.
• A distância total de segurança é 24 + 12,8 = 36,8 m.

Aceleração

A aceleração média indica como varia a velocidade ao longo do tempo. 
Para calcular a aceleração média num movimento rectilíneo usamos a expressão:

A unidade da aceleração média é m/s (2) -> metros por segundo ao quadrado

Substâncias

Condutibilidade eléctrica 

Água

Molécula da água 

•  Constituída por um átomo de oxigénio e 2 de
  hidrogénio.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Os átomos das moléculas ligam-se entre si e entre as moléculaas também existem ligações:
  
• Ligações intramoleculares - entre os átomos
• Ligações intermoleculares - entre as moléculas.

São as forças intermoleculares que determinam os estados físicos das substâncias.

Como se ligam as moléculas de água?

 Na molécula da água, o oxigénio estabelece duas ligações covalentes com dois átomos de hidrogénio.

 Por sua vez, os átomos de hidrogénio, com carga positiva, ligam-se através de pontes  aos átomos de carga eléctrica negativa.

Porque rebenta uma garrafa de água quando é colocada no congelador?

  Quando uma garrafa de água, no estado líquido, é colocada no congelador, a água congela e a garrafa rebenta, porque a densidade da água congelada é menor, fazendo com que as moléculas se afastem, ocupando mais espaço.

Curiosidades:

Experiências com água 

• A vela que faz a água subir

• A colher que desaparece - (Só até aos 2:51)