ELETRICIDADE BÁSICA – parte 1

Curso de eletricidade básica

1.1 – ÁTOMOS E ELÉTRONS.

1.1.1 – INTRODUÇÃO

Em qualquer substância existente na natureza , a menor partícula que pode existir por si mesma, conservando todas as características dessa substância é chamada de molécula. Em outras palavras, a molécula é a menor porção possível de qualquer substância. Assim, por exemplo, a menor porção possível de água seria a molécula de água.

As moléculas, por sua vez, são compostas de partículas menores, os átomos.

1.1.2 – O ÁTOMO

O átomo é a menor parte de uma molécula, que por sua vez é dividida em prótons (+) que têm uma carga elétrica positiva, elétrons (-) que tem uma carga elétrica negativa e os neutrons que como o próprio nome já diz, não possuem carga elétrica.

Todos os átomos, são formados por diferentes quantidades dessas partículas, sendo que o mais simples deles é o átomo de hidrogênio, formado por um elétron girando em torno do núcleo contendo um próton, como mostra a figura 1.

Os elétrons giram em torno do núcleo em alta velocidade, da ordem de 10¹³ voltas por segundo, descrevendo ao longo de sua trajetória uma órbita elíptica.

1.1.3 - O ELÉTRON:

Os elétrons encontram–se distribuídos ao redor do núcleo em camadas concêntricas, podendo existir até 7 camadas, dependendo do seu número de elétrons. As camadas são denominadas pelas letras K, L, M, N, O, P, Q e nestas os elétrons são distribuídos da seguinte forma:

K=2   L=8   M=18   N=32   O=32   P=18   Q=2

Por definição, dá-se a última camada (Q) o nome de camada de valência e os elétrons nela existente são chamados de elétrons de valência, é através destes que os átomos se unem formando as moléculas.

A distribuição dos elétrons por camadas, é dito distribuição eletrônica nas camadas.

Quando um átomo, tem a mesma quantidade de elétrons e prótons ele é dito eletricamente neutro, pois, as cargas negativas estão contrabalançando as positivas.

Porém, quando a quantidade de elétrons e prótons são diferentes, damos ao átomo o nome de ÍON.

Dizemos então, que quando um átomo cede um ou mais elétrons de sua última camada, está eletricamente positivo e recebe o nome de CÁTION. Por outro lado quando o átomo recebe elétrons ele é dito eletricamente negativo recebendo o nome de ÂNION.

 

PARTÍCULA	CARGA	MASSA
Próton Neutron Elétron	1672.10-19 C nula -1602. 10-19 C	1672.10-27 Kg 1674.10-27 Kg 9109.10-31 Kg

TABELA 1

Portanto, partindo do átomo, podemos dizer : A união ou agrupamento de muitos átomos formam-se as moléculas que agrupadas vão formar todas as substâncias existentes na natureza .

1.1.4 – A CAMADA DE VALÊNCIA

Os elétrons da camada de valência são os que possuem liberdade para participar dos fenômenos elétricos ou químicos. Quando um grupo de átomos estão dispostos simetricamente entre si, como pode acontecer numa molécula, um elétron de valência pode muitas vezes girar em torno de dois núcleos atômicos ao invés de um só. Quando isto ocorre estes elétrons de valência unem os átomos entre si, formando a chamada cadeia de valência.

Se, depois de formadas cadeias de valência, ainda sobrarem elétrons que não possuem uniões firmes, estes denominam-se ELÉTRONS LIVRES. Quanto maior o número de elétrons livres no material, melhor será a sua condutividade ( característica de um material conduzir mais ou menos corrente elétrica ).

1.2 – EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA.

1.2.1 – EFEITO TÉRMINO:

Quando a uma máquina se aplica energia mecânica, esta deverá superar, entre outras perdas, uma espécie de resistência, chamada atrito.

Perde-se energia mecânica ao vencer o atrito, entretanto a energia não é realmente perdida pois reaparece em forma de calor, no ponto ou nos pontos de atrito. Houve simplesmente uma transformação de energia mecânica em energia térmica.

Em muitos casos , o calor produzido não é desejado e faz-se o possível para reduzi-lo ao mínimo. Por exemplo, quando há elevada intensidade de corrente, o condutor será feito de pesadas barras de cobre, para manter baixa a resistência. Quando estas medidas não forem suficientes , para manter o calor em um nível seguro , o próprio calor poderá ser retirado para outra parte. Assim , muitos motores possuem ventiladores embutidos que sopram ar frio sobre os condutores aquecidos pela corrente que por eles passa. Nos aparelhos eletrônicos é comum ter equipamentos chamados de dissipadores , que são usados normalmente para dissipar o calor de transistores de potência , aquecidos devido a passagem de corrente elétrica entre seus terminais.

Entretanto, há casos em que o calor é desejável. Certos aparelhos como torradeiras, aquecedores e ferros elétricos , são construídos com condutores especiais, feitos de ligas que oferecem resistência à passagem de corrente.

1.2.2 – EFEITO LUMINOSO

Se aquecemos uma substância como por exemplo um fio metálico, as moléculas desta substância passam a vibrar mais rapidamente. À medida que se continua a acrescentar calor, as moléculas vibram cada vez mais depressa, até atingir um ponto em que emitem luz. Acredita-se que a luz seja produzida em conseqüência de um arranjo dos elétrons.

Conclui-se, então, que em um condutor, se a corrente e a resistência forem suficientemente grandes, o calor produzido poderá ser suficientemente grande para fazer com que o condutor emita luz. Esse é o princípio da lâmpada incandescente, criada por Thomas A. Edson em 1879.

Para obter uma resistência Edson usou um fio ou filamento de carbono. Contudo, se este filamento for aquecido até emitir luz (isto é, até a incandescência) ele se queimará no ar, pois , este sustenta a combustão. Por esse motivo, Edson encerrou o filamento de carbono em um bulbo de vidro, do qual extraiu o ar criando um vácuo .

A passagem de uma corrente elétrica poderá também , aquecer um gás, bem como um sólido, até a incandescência. É este o princípio da lâmpada de arco voltaico, que era muito usada na iluminação pública no começo do século XX. Neste tipo de lâmpada, a corrente é levada a duas hastes de carbono. As pontas destas hastes são encostadas uma a outra e depois, ligeiramente separadas. Em conseqüência passa uma faísca elétrica , ou arco, de ponta a ponta. O calor desse arco vaporiza um pouco de carbono e a passagem da corrente, através do vapor de carbono, aquece-o até queimar e incandescer.

As pontas das hastes também são aquecidas, fornecendo uma fonte adicional de luz.

1.2.3 – EFEITO MAGNÉTICO:

MAGNETISMO

Se borrifarmos um imã com limalha de ferro, nota-se que esta limalha não é uniformemente atraída por toda a superfície do imã. Ao contrário, ela procura concentrar-se junto a ambas extremidades do imã. A impressão que se tem é de que o magnetismo esteja concentrado nestas duas extremidades do imã. A essas duas extremidades dá-se o nome de pólos do imã. Verificou-se que a própria terra é um imã gigantesco com seus dois pólos magnéticos localizados uma na região ártica, outro na região antártica. Por analogia, dá-se aos imãs dois pólos, Norte e Sul.

MANEIRA PELA QUAL A LIMALHA DE FERRO SE DISTRIBUI PELO IMÃ

1.2.4 - O CAMPO MAGNÉTICO

Na questão da atração e repulsão entre pólos de imãs, verificou-se que os pólos não precisam tocar um ao outro, pois mesmo a certa distância um do outro, nota-se que pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem.

Também notou-se que a atração e repulsão não mudava quando entre os pólos colocava-se uma substância não magnéticas. Por experiência, pode-se comprovar o que se chama campo magnético.

MANEIRA PELA QUAL A LIMALHA DE FERRO MOSTRA A FORMA DO CAMPO MAGNÉTICO AO REDOR DO IMÃ. NOTA – SE QUE AS LINHAS DE CAMPO NÃO SE CRUZAM.