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OBJETIVOS Identificar a diferença entre partícula carregada e corrente elétrica; Entender de que forma as partículas carregadas se deslocam em um condutor; Entender a importância da densidade de corrente elétrica e seu efeito no aquecimento de um condutor. 89 5.1. DESLOCAMENTO DE CARGAS EM CONDUTORES 5.1.1. RESUMO TEÓRICO A corrente elétrica em um condutor é definida como: em que dQ é a carga que atravessa uma seção transversal do condutor em um tempo dt. A unidade SI para a corrente elétrica é o ampère (A), em que 1 A = 1 C/s. A corrente média em um condutor está relacionada ao movimento dos portadores de carga através da relação em que n é a densidade volumétrica de portadores de carga, q é a carga de cada portador, vd é a velocidade de arrasto e A é a área da seção transversal do condutor. 5.2. DENSIDADE DE CORRENTE 5.2.1. RESUMO TEÓRICO A magnitude da densidade de corrente J em um condutor é a corrente por unidade de área: A densidade de corrente em um condutor é proporcional ao campo elétrico conforme a expressão A constante de proporcionalidade é chamada de condutividade do material do material do qual o condutor é feito. O inverso da condutividade denomina-se resistividade ( = 1/). A densidade de corrente faz com que a concentração de elétrons aumente no condutor, aumentando, assim, as colisões entre as partículas. As colisões provocam o aquecimento do condutor conhecido como efeito Joule. 90 Em muitos casos o efeito Joule torna-se útil, a exemplo do aquecimento industrial (fornos, geração de vapor etc.) e doméstico (ferro de passar roupa, chuveiro etc.). 5.3. RESISTÊNCIA ELÉTRICA 5.3.1. RESUMO TEÓRICO A resistência R de um condutor é definida tanto em termos do comprimento do condutor e da área da seção transversal do condutor quanto em termos da diferença de potencial através dele: em que l é o comprimento do condutor, é a condutividade do material de que é feito, A é a área da seção transversal, V é a diferença de potencial através do condutor e I é a corrente que ele transporta. A unidade SI de resistência é volts por ampère, definida como ohm (), isto é: 1 = 1 V/A. se a resistência é independente da diferença de potencial aplicada, o condutor obedece à lei de Ohm. Em um modelo clássico de condução elétrica nos metais, os elétrons são tratados como moléculas de um gás. Na ausência de um campo elétrico, a velocidade média dos elétrons é zero. Quando um campo elétrico é aplicado, os elétrons se movem (em média) com a velocidade de arrasto vd, que é oposta ao campo elétrico e é dada pela expressão em que é o tempo médio entre colisões dos elétrons com os átomos, me é a massa do elétron e q é a carga do elétron. De acordo com este modelo, a resistividade do metal é em que n é o número de elétrons livres por unidade de volume. A resistividade de um condutor varia, de forma aproximada, linearmente com a temperatura, de acordo com a expressão 91 em que é o coeficiente de temperatura da resistividade e 0 é a resistividade a uma temperatura de referência T0. Se uma diferença de potencial V é mantida através de um resistor, a potência, ou a taxa com que a energia é fornecida ao resistor no tempo, é Como a diferença de potencial através de um resistor é dada por V = IR, podemos expressar a potência fornecida ao resistor pela fórmula A energia elétrica fornecida a um resistor aparece na forma de energia interna no resistor. 5.4. LISTA DE EXERCÍCIOS 288. A bateria de um automóvel é especificada com 80 Ah. Um ampère x hora é uma unidade de: a. Potência. b. Energia. c. Corrente. d. Carga elétrica. e. Força. 289. A unidade de corrente elétrica é expressa em: a. Quilowatt x hora. b. Coulomb/segundo. c. Coulomb. d. Volt. e. Ohm. 290. A unidade de corrente elétrica é: a. Quilowatt x hora. b. Ampère. c. Coulomb. d. Volt. e. Ohm. 291. A resistividade é expressa em: a. Ohm. b. Ohm x metro. c. Ohm/metro. 92 d. Ohm/metro2. e. Nenhuma das acima. 292. A razão na qual a energia elétrica varia no tempo é medida em: a. Watt/segundo. b. Watt x segundo. c. Watt. d. Joule x segundo. e. Quilowatt x hora. 293. Energia elétrica pode ser medida em: a. Quilowatt. b. Joule x segundo. c. Watt. d. Watt x segundo. e. Volt/ohm. 294. Qual das seguintes grandezas corresponde à sua respectiva unidade? a. Potência: kW x h. b. Energia: kW. c. Diferença de potencial: J/C. d. Corrente: Ampère/segundo. e. Resistência: V/C. 295. Corrente elétrica é uma medida de: a. Força que move uma carga a partir de um ponto. b. Resistência ao movimento de uma carga a partir de um ponto. c. Energia utilizada para mover uma carga a partir de um ponto. d. Quantidade de cargas que se movem a partir de um ponto, por unidade de tempo. e. Velocidade com a qual uma carga se move a partir de um ponto. 296. Uma lâmpada de 60 W é atravessada por uma corrente de 0,5 A. A carga total que circula pela lâmpada em uma hora é: a. 120 C. b. 3600 C. c. 3000 C. d. 2400 C. e. 1800 C. 297. Uma lâmpada incandescente de 100 W possui resistência aproximada de 144 ohms. A taxa de variação, no tempo, da energia absorvida pela lâmpada para uma tensão V )120cos(2120)( ttv é: a. Perde cargas elétricas positivas. b. Ganha cargas elétricas positivas. c. Perde cargas elétricas negativas. d. Você comprou o pente fiado. 93 e. W)120(cos200 2 t . 298. 1 coulomb equivale a: a. 1 ampère/segundo. b. Metade de 1 ampère por segundo2. c. 1 ampère por metro2. d. 1 ampère x segundo. e. 1 newton por metro2. 299. 1 quilo-ampère x hora é uma unidade de: a. Corrente. b. Carga por tempo. c. Potência. d. Carga. e. Energia. 300. Um fio condutor é atravessado por uma corrente constante de 2 A. A carga que atravessa uma seção reta do condutor durante 2 segundos é: a. 3.2 × 10−19 C. b. 6.4 × 10−19 C. c. 1C. d. 2C. e. 4C. 301. Um fio condutor é atravessado por uma corrente constante de 2 A. A quantidade de elétrons que atravessam uma seção reta do condutor durante 2 segundos é: a. 2. b. 4. c. 6.3 × 1018. d. 1.3 × 1019. e. 2.5 × 1019. 302. Um resistor de 10 ohms é atravessado por uma corrente constante. Se uma carga de 3.600 coulombs passa por este resistor durante 4 minutos, qual o valor da corrente? a. 3.0 A. b. 5.0 A. c. 11 A. d. 15 A. e. 20 A. 303. Elétrons em condução se movem para a direita em um condutor. Isto significa que: a. A densidade de corrente e o campo elétrico apontam ambos para a direita. b. A densidade de corrente e o campo elétrico apontam ambos para a esquerda. c. A densidade de corrente aponta para a direita e o campo elétrico aponta para a esquerda. d. A densidade de corrente aponta para a esquerda e o campo elétrico aponta para a direita. 94 e. A densidade de corrente aponta para a esquerda porem o sentido do campo elétrico é desconhecido. 304. Dois fios feitos com materiais diferentes possuem a mesma densidade de corrente uniforme. Eles conduzirão a mesma corrente somente se: a. Seus comprimentos forem iguais. b. Suas seções transversais forem iguais. c. Se seus comprimentos e suas seções transversais forem iguais. d. Se as diferenças de potenciais sobre ambos forem iguais. e. Os campos elétricos sobre eles forem iguais. 305. Um fio de comprimento 150 m e raio 0,15 mm conduz uma corrente com densidade uniforme de 2,8