Conceito básico eletricidade, Resumos de Eletromecânica

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Sumário

Matéria

O estudo da matéria e sua composição é fundamental para a compreensão da teoria eletrônica. Por isso, neste capítulo estudaremos o arranjo físico das partículas que compõem o átomo e a maneira como essas partículas se comportam. Isso facilitará muito o estudo dos fenômenos que produzem a eletricidade.

Composição da matéria

Matéria é tudo aquilo que nos cerca e que ocupa um lugar no espaço. Ela se apresenta em porções limitadas que recebem o nome de corpos. Estes podem ser simples ou compostos.

Observação Existem coisas com as quais temos contato na vida diária que não ocupam lugar no espaço, não sendo, portanto, matéria. Exemplos desses fenômenos são o som, o calor e a eletricidade.

Corpos simples são aqueles formados por um único átomo. São também chamados de elementos. O ouro, o cobre, o hidrogênio são exemplos de elementos.

Corpos compostos são aqueles formados por uma combinação de dois ou mais elementos. São exemplos de corpos compostos o cloreto de sódio (ou sal de cozinha) que é formado pela combinação de cloro e sódio, e a água, formada pela combinação de oxigênio e hidrogênio.

A matéria e, consequentemente, os corpos compõem-se de moléculas e átomos.

Molécula

Molécula é a menor partícula em que se pode dividir uma substância de modo que ela mantenha as mesmas características da substância que a originou.

Tomemos como exemplo uma gota de água: se ela for dividida continuamente, tornar-se-á cada vez menor, até chegarmos à menor partícula que conserva as características da água, ou seja, a molécula de água. Veja, na ilustração a seguir, a representação de uma molécula de água. átomos de

hi^ átomo ded ê i

As moléculas se formam porque, na natureza, todos os elementos que compõem a matéria tendem a procurar um equilíbrio elétrico.

= molécula

átomo átomo

Átomo

Os animais, as plantas, as rochas, as águas dos rios, lagos e oceanos e tudo o que nos cerca é composto de átomos.

O átomo é a menor partícula em que se pode dividir um elemento e que, ainda assim, conserva as propriedades físicas e químicas desse elemento.

Observação Os átomos são tão pequenos que, se forem colocados 100 milhões deles um ao lado do outro, formarão uma reta de apenas 10mm de comprimento.

O átomo é formado de numerosas partículas. Todavia, estudaremos somente aquelas que mais interessam à teoria eletrônica.

Os átomos podem ter uma ou várias órbitas, dependendo do seu número de elétrons. Cada órbita contém um número específico de elétrons.

A distribuição dos elétrons nas diversas camadas obedece a regras definidas. A regra mais importante para a área eletroeletrônica refere-se ao nível energético mais distante do núcleo, ou seja, a camada externa: o número máximo de elétrons nessa camada é de oito elétrons.

Os elétrons da órbita externa são chamados elétrons livres, pois têm uma certa facilidade de se desprenderem de seus átomos. Todas as reações químicas e elétricas acontecem nessa camada externa, chamada de nível ou camada de valência.

A teoria eletrônica estuda o átomo só no aspecto da sua eletrosfera, ou seja, sua região periférica ou orbital.

Íons

No seu estado natural, o átomo possui o número de prótons igual ao número de elétrons. Nessa condição, dizemos que o átomo está em equilíbrio ou eletricamente neutro.

O átomo está em desequilíbrio quando tem o número de elétrons maior ou menor que o número de prótons. Esse desequilíbrio é causado sempre por forças externas que podem ser magnéticas, térmicas ou químicas.

O átomo em desequilíbrio é chamado de íon. O íon pode ser negativo ou positivo. Os íons negativos são os ânions e os íons positivos são os cátions.

Íons negativos, ou seja, ânions, são átomos que receberam elétrons.

Prótons = + Elétrons = - Resultado = -

Íons positivos, ou seja, cátions, são átomos que perderam elétrons.

Prótons = + Elétrons = - Resultado = +

A transformação de um átomo em íon ocorre devido a forças externas ao próprio átomo. Uma vez cessada a causa externa que originou o íon, a tendência natural do átomo é atingir o equilíbrio elétrico. Para atingir esse equilíbrio, ele cede elétrons que estão em excesso ou recupera os elétrons em falta.

Exercícios

Resolva as seguintes questões: a) Quais as partículas subatômicas que constituem o átomo?

b) Relacione a segunda coluna com a primeira.

1. Região central do átomo, formada pelo agrupamento dos prótons e dos nêutrons
2. Região do espaço onde os elétrons se movimentam
   3. Os elétrons que orbitam ao redor do núcleo do átomo estão distribuídos em
3. Camada externa de eletrosfera onde se realizam as reações químicas e elétricas

( ) camada de valência ( ) camadas ou níveis energéticos ( ) núcleo ( ) eletrosfera ( ) prótons

c) Qual a condição necessária para que um átomo esteja em equilíbrio elétrico?

Fundamentos da Eletrostática

Quando ligamos um aparelho de televisão, rádio ou máquina de calcular, estamos utilizando eletricidade e, como vimos no capítulo anterior, a eletricidade é uma forma de energia que está presente em tudo o que existe na natureza.

Para compreender o que são os fenômenos elétricos e suas aplicações, neste capítulo estudaremos o que é eletricidade estática; o que é tensão, suas unidades de medida e as fontes geradoras de tensão.

Para estudar este capítulo com mais facilidade, você deve ter bons conhecimentos anteriores sobre o comportamento do átomo e suas partículas.

Tipos de eletricidade

A eletricidade é uma forma de energia que faz parte da constituição da matéria. Existe, portanto, em todos os corpos.

O estudo da eletricidade é organizado em dois campos: a eletrostática e a eletrodinâmica.

Eletrostática

Eletrostática é a parte da eletricidade que estuda a eletricidade estática. Dá-se o nome de eletricidade estática à eletricidade produzida por cargas elétricas em repouso em um corpo.

Na eletricidade estática, estudamos as propriedades e a ação mútua das cargas elétricas em repouso nos corpos eletrizados.

Um corpo se eletriza negativamente (-) quando ganha elétrons e positivamente (+) quando perde elétrons.

Entre corpos eletrizados, ocorre o efeito da atração quando as cargas elétricas têm sinais contrários. O efeito da repulsão acontece quando as cargas elétricas dos corpos eletrizados têm sinais iguais.

opostas se^ cargas atraem

No estado natural, qualquer porção de matéria é eletricamente neutra. Isso significa que, se nenhum agente externo atuar sobre uma determinada porção da matéria, o número total de prótons e elétrons dos seus átomos será igual.

Essa condição de equilíbrio elétrico natural da matéria pode ser desfeita, de forma que um corpo deixe de ser neutro e fique carregado eletricamente.

O processo pelo qual se faz com que um corpo eletricamente neutro fique carregado é chamado eletrização.

A maneira mais comum de se provocar eletrização é por meio de atrito. Quando se usa um pente, por exemplo, o atrito provoca uma eletrização negativa do pente, isto é, o pente ganha elétrons.

Relação entre desequilíbrio e potencial elétrico

Por meio dos processos de eletrização, é possível fazer com que os corpos fiquem intensamente ou fracamente eletrizados. Um pente fortemente atritado fica intensamente eletrizado. Se ele for fracamente atritado, sua eletrização será fraca.

intensa eletrização fraca eletrização

O pente intensamente atritado tem maior capacidade de realizar trabalho, porque é capaz de atrair maior quantidade de partículas de papel.

Como a maior capacidade de realizar trabalho significa maior potencial , conclui-se que o pente intensamente eletrizado tem maior potencial elétrico.

potencial elétrico maior (^) potencial elétrico menor

O potencial elétrico de um corpo depende diretamente do desequilíbrio elétrico existente nesse corpo. Assim, um corpo que tenha um desequilíbrio elétrico duas vezes maior que outro, tem um potencial elétrico duas vezes maior.

Carga elétrica

Como certos átomos são forçados a ceder elétrons e outros a receber elétrons, é possível produzir uma transferência de elétrons de um corpo para outro.

Quando isso ocorre, a distribuição igual das cargas positivas e negativas em cada átomo deixa de existir. Portanto, um corpo conterá excesso de elétrons e a sua carga terá uma polaridade negativa (-). O outro corpo, por sua vez, conterá excesso de prótons e a sua carga terá polaridade positiva (+).

Quando um par de corpos contém a mesma carga , isto é, ambas positivas (+) ou ambas negativas (-), diz-se que eles apresentam cargas iguais.

Quando um par de corpos contém cargas diferentes, ou seja, um corpo é positivo (+) e o outro é negativo (-), diz-se que eles apresentam cargas desiguais ou opostas.

A quantidade de carga elétrica que um corpo possui, é determinada pela diferença entre o número de prótons e o número de elétrons que o corpo contém.

O símbolo que representa a quantidade de carga elétrica de um corpo é Q e sua unidade de medida é o coulomb (c).

Observação

1 coulomb = 6,25 x 10^18 elétrons

Diferença de potencial

Quando se compara o trabalho realizado por dois corpos eletrizados, automaticamente está se comparando os seus potenciais elétricos. A diferença entre os trabalhos expressa diretamente a diferença de potencial elétrico entre esses dois corpos.

A diferença de potencial (abreviada para ddp) existe entre corpos eletrizados com cargas diferentes ou com o mesmo tipo de carga.

Exemplos de conversão: a) 3,75V = _ _ _ _ _ mV V mV V mV 3 7 5 - 3 7 5 0 ↑(posição da vírgula) ↑ (nova posição da vírgula) 3,75V = 3750 mV

b) 0,6V = _ _ _ _ _ mV V mV V mV 0 6 0 6 0 0 ↑ ↑ 0,6V = 600 mV

c) 200 mV = _ _ _ _ _ _V V mV V mV 2 0 0 0 2 0 0 ↑ ↑ 200 mV = 0,2V

d) 0,05V = _ _ _ _ _ _ mV V mV V mV 0 0 5 0 0 5 0 ↑ ↑ 0,05V = 50 mV

e) 1,5 mV = _ _ _ _ _ _ μV mV (^) μV mV (^) μV 1 5 1 5 0 0 0 ↑ ↑ 1,5 mV = 15000 μ V

Pilha ou bateria elétrica

A existência de tensão é imprescindível para o funcionamento dos aparelhos elétricos. Para que eles funcionem, foram desenvolvidos dispositivos capazes de criar um desequilíbrio elétrico entre dois pontos, dando origem a uma tensão elétrica.

FORT

Genericamente esses dispositivos são chamados fontes geradoras de tensão. As pilhas, baterias ou acumuladores e geradores são exemplos desse tipo de fonte.

As pilhas são fontes geradoras de tensão constituídas por dois tipos de metais mergulhados em um preparado químico. Esse preparado químico reage com os metais, retirando elétrons de um e levando para o outro. Um dos metais fica com potencial elétrico positivo e o outro fica com potencial elétrico negativo. Entre os dois metais existe portanto uma ddp ou uma tensão elétrica.

eletrólito ou solução

cuba de vidro

placa negativa de zinco placa positiva de cobre

A ilustração a seguir representa esquematicamente as polaridades de uma pilha em relação aos elétrons.