Eletricidade e optica

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Eletricidade e Óptica Claudia Regina Campos de Carvalho ______________________________________________________________________________________

Módulo I – Corrente Elétrica
Corrente Elétrica:
Todos os dispositivos elétricos (lâmpadas, liquidificadores, chuveiros, TVs, etc.) só funcionam se percorridos por corrente elétrica, que quer dizer movimento de elétrons. Quando ligamos o interruptor deuma lâmpada, o filamento metálico no interior do bulbo fica sujeito a uma diferença de potencial que provoca um fluxo de carga elétrica, de maneira semelhante ao fluxo de água numa mangueira, provocado por uma diferença de pressão. O fluxo de carga elétrica constitui uma corrente elétrica. • • Carga Elétrica: propriedade inerente a determinadas partículas elementares, que proporciona a elas acapacidade de interação mútua, de natureza elétrica. Corrente Elétrica: movimento ordenado de cargas elétricas.

Observações: a) o movimento de cargas elétricas, além de ser ordenado, é simultâneo, isto é, todos os elétrons se movimentam ao mesmo tempo. b) Um condutor elétrico não precisa ser necessariamente metálico e sólido. c) Materiais que não conduzem cargas elétricas (madeira, vidro,plástico, etc.) são chamados de isolantes elétricos.

Intensidade de Corrente Elétrica (I) : A corrente elétrica se define como a taxa de passagem de carga através da área de seção reta de um condutor. A Fig. 1 mostra um segmento de condutor percorrido por uma corrente, com os portadores de carga em movimento. q A q q q q

Fig. 1 . Segmento de um fio condutor. Se ∆Q for a carga que passa pela área A daseção reta, durante o intervalo de tempo ∆t, a corrente é I = ∆Q / ∆t.

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Eletricidade e Óptica Claudia Regina Campos de Carvalho ______________________________________________________________________________________

Se ∆Q for a carga que passa pela área A da seção reta, no intervalo de tempo t, a corrente Ié
I= ∆Q ∆t

A unidade SI de corrente é o ampère (A), resultante da unidadede quantidade de carga (coulomb – C) pela de tempo (segundo – s).:

1C s O sentido de corrente é tomado , convencionalmente, como o sentido de carga positiva (contrário ao movimento real dos elétrons livres). 1A =
Podemos, também, expressar a corrente elétrica como sendo:
I= n.e ∆t

onde n é o número de elétrons que passam pela seção reta no intervalo ∆t, e e é a carga do elétron (cargaelementar e= 1,6. 10-19 C). Outra maneira de expressarmos a corrente é, ao estabelecermos que n é o número de partículas livres por unidade de volume (densidade numérica de portadores de carga), imaginando que cada partícula tenha a carga q e se desloque com velocidade de migração vd.
I= ∆Q = qnAv d ∆t

Observação: as velocidades de migração típicas são da ordem de alguns centésimos de milímetro porsegundo, bastante pequenas pelos padrões macroscópicos. 1. Um fio condutor típico é de cobre e tem raio 0,815 mm. Calcular a velocidade de migração dos elétrons neste condutor percorrido por uma corrente de 1ª Admitir que haja um elétron livre por átomo: Resolução: A equação abaixo relaciona a velocidade de migração à densidade numérica dos portadores de carga.
I= ∆Q = qnAv d ∆t

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Podemos calcular n pela densidade e pela massa molecular do cobre, juntamente com o número de Avogrado. a) A velocidade de migração será: vd = I qnA

b) Se houver um elétron livre por átomo, a densidade numérica dos elétrons livres é igual a densidadenumérica dos átomos na. n = na

c) A densidade numérica dos átomos na está relacionada com a densidade de massa ρm, com a massa molecular M e com o número de Avogrado NA. No caso do cobre, ρm = 8,93 g/cm3 e M = 63,5 g/mol

(8,93).(6,02 x10 23 ) na = = M 63,5 22 3 n a = 8,47 x10 átomos / cm = 8,47 x10 28 átomos / m 3
d) O valor da carga de cada partícula é e, e a área da seção reta do fio de...
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