Associação de Geradores


1. ASSOCIAÇÃO DE GERADORES

Os geradores podem ser associados em série ou paralelo, assim como ocorre com os resistores. Vamos analisar as propriedades de cada um.

 

1.1 Associação em série

 

Tela de celular com texto preto sobre fundo branco  O conteúdo gerado por IA pode estar incorreto. 

Dessa forma, é possível provar que a f.e.m total (εTOTAL) da associação é o somatório das f.e.m. de cada um. A resistência total da associação é o somatório das resistências internas de cada gerador.

 

εeq = ε1 + ε2 + …;

req = r1 + r2 + …;

 

1.2 Associação em paralelo

Nesta situação, os polos positivos do gerador são conectados entre si, assim como os polos negativos.

 

Gráfico, Gráfico de caixa estreita  O conteúdo gerado por IA pode estar incorreto.

Dessa forma, é possível provar que a f.e.m total (εTOTAL) da associação é a f.e.m. de um único gerador (os geradores devem ser iguais aqui). A resistência total da associação é calculada da mesma forma que os resistores em paralelo.

 

εeq = ε;

req = ;

 

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Corrente elétrica

Olá pessoal! O Direto ao ponto tem como objetivo apresentar a teoria para aqueles que não querem perder tempo e precisam de um resumo de Física rápido da matéria. Vamos lá!

 

1. CORRENTE ELÉTRICA

A corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas a partir de uma diferença de potencial entre dois pontos do condutor. Por convenção, a corrente flui do maior para o menor potencial.

 

1.1 O sentido da corrente

 

·        Sentido convencional: do positivo para o negativo

 

Os primeiros estudos na Eletrodinâmica indicavam que a corrente elétrica era formada pela movimentação das cargas positivas, ou seja, elas se movimentavam do maior para o menor potencial do gerador. Com os avanços dos estudos nessa área, descobriu-se que a corrente elétrica era na verdade, um fluxo de cargas negativas.

 

·        Sentido real: do negativo para o positivo

 

Na verdade, a corrente elétrica é formada por um fluxo de elétrons que se move do menor para o maior potencial.

Resultado de imagem para sentido convencional da corrente elétrica

 

1.2 Intensidade de corrente (i)

Esse fluxo ordenado na movimentação dos elétrons é chamado de corrente elétrica. A intensidade de corrente (i) é calculada pela quantidade de carga que atravessa a seção transversal (área) do condutor em um determinado intervalo de tempo, ou seja, diretamente relacionado ao número de elétrons que por ali passaram.

Resultado de imagem para corrente elétrica

 

 

Unidade: ampère (A)

 

É muito comum o uso do submúltiplo mA (10-3 A).

 

A carga elétrica de elétron é sempre constante e vale, em módulo, e = 1,6 x 10-19 C.

 

2. RESISTORES

Os resistores possuem a função de transformar energia elétrica em energia térmica ou limitar a intensidade de corrente elétrica que atravessam determinados circuitos.

 

Os resistores possuem uma propriedade chamada resistência elétrica, que é a capacidade que o resistor possui em transformar energia elétrica em térmica (efeito Joule).

 

3. CIRCUITO SIMPLES

O circuito simples é constituído por um resistor ôhmico, fios ideais (com resistência nula) e um gerador ideal.

 

·        Gerador ideal

Resultado de imagem para gerador ideal

 

·        Resistores

Resultado de imagem para resistor representacao

Os componentes acima são conectados por fios condutores ideais e formam um circuito simples.

Resultado de imagem para circuitos simples

 

A corrente elétrica (sentido convencional) parte do polo positivo do gerador, passa pelo resistor e retorna ao polo negativo do gerador. Nessa passagem, há uma queda de potencial no gerador.

 

4. A POTÊNCIA ELÉTRICA

A potência elétrica representa a quantidade de energia que um resistor dissipa ou um aparelho elétrico consome em um certo intervalo de tempo.

 

 

A unidade de potência é o watts (W).

 

1 W = 1 A.1 V

                                                

A primeira lei de Ohm (U = R.i) pode ser utilizada para determinar mais duas expressões para o cálculo da potência em função das grandezas da Eletrodinâmica.

 

 

 

 

 

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Trocas de Calor


1. POTÊNCIA TÉRMICA

A potência térmica mede a velocidade com que a energia (E) é transferida para um corpo.

 

 

A energia pode ser de muitos tipos diferentes. Na calorimetria, trabalhamos com a energia térmica (Q) que o corpo recebe ou cede ao exterior para que sua temperatura mude ou o corpo mude de fase.

 

 

 

No S.I., a unidade é:

 

 

A unidade calorias por segundo também é usada ocasionalmente.

 

 

Em um gráfico de potência (P) x tempo (t), a área compreendida entre a reta e o eixo do x fornece a quantidade de calor trocada pelo gás com o exterior.

 

2. TROCAS DE CALOR

As trocas de calor acontecem o tempo todo no cotidiano. Um exemplo clássico é a mistura de café quente com leite frio, o famoso café com leite. O café possui uma temperatura mais elevada que o leite, por isso, suas moléculas estão mais agitadas e possuem mais energia.

 

O choque entre as moléculas mais rápidas do café e as moléculas mais lentas do leite provoca uma transferência de energia das mais rápidas (café) para as mais lentas (leite).

 

Essa troca de energia térmica é chamada de calor. A troca de calor cessa quando os dois corpos atingem a mesma temperatura, denominada temperatura de equilíbrio térmico.

 

Em um sistema isolado, a quantidade de calor que um corpo cede ao outro são iguais. A energia do corpo que cede é negativa e a do corpo que recebe é positiva.

 

Dessa forma, podemos generalizar as trocas de calor da seguinte maneira:

 

 

3. CALORÍMETRO

O calorímetro é um dispositivo que permite estudar as trocas de calor entre corpos. A estrutura do calorímetro dificulta as trocas de calor entre o seu interior e o exterior. O esquema de um calorímetro está representado na figura abaixo:

 

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Transmissão de Calor no Cotidiano


1. APLICAÇÕES NO COTIDIANO

Já vimos que o calor pode ser transmitido de três formas diferentes: condução, convecção e irradiação. Agora, vamos estudar as aplicações desses processos no cotidiano.

 

1.1 Agasalhos

Os habitantes do deserto utilizam casaco tanto de dia (onde a temperatura checa a 50 ºC) quanto de noite (0 ºC).

       

Durante o dia, o casaco dificulta a troca de calor entre o ambiente (maior temperatura) e o corpo (menor temperatura). Durante a noite, o processo se inverte. O casaco dificulta a troca de calor entre o corpo (maior temperatura e o ambiente).

 

1.2 O segredo de um bom churrasco

O espeto de metal introduzido no interior da carne permite o seu aquecimento sem queimar o exterior. O metal é um ótimo condutor de calor e contribui para a transmissão de calor por condução no interior da carne.

 

1.3 A garrafa térmica

A garrafa térmica é construída de tal forma que deve bloquear os três processos de transmissão de calor: condução, convecção e irradiação.

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·        Condução e convecção: utiliza-se o vácuo entre as paredes interna e externa para impedir os dois processos.

·        Irradiação: utiliza-se uma parede espelhada no seu interior. A radiação emitida pelo líquido quente reflete na parede espelhada e retorna para o seu interior.

 

1.4 Geladeira

O congelador em uma geladeira é localizado na parte superior. O ar frio, mais pesado, desce e o ar quente (no interior da geladeira) sobe. Além disso, as prateleiras são no formato de grade para permitir a circulação das correntes de convecção.

 

1.5 O vento na praia

 

·        Durante o dia: a areia da praia aquece rapidamente (comparada com a água). O ar sobre a areia também se torna mais quente. Ocorre então, um deslocamento de ar da região mais fria (sobre a água) para a região mais quente (sobre a areia).

 

·        Durante a noite: o processo se inverte. A água está mais aquecida que a areia (lembre-se que a água demora mais para esfriar). Ocorre então, um deslocamento de ar da região mais fria (sobre a areia) para a região mais quente (sobre o mar).

 

Espero que tenham gostado!

 

Um grande abraço do BF!

 

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Transformações Gasosas


1. TRANSFORMAÇÕES COM MASSA CONSTANTE

Considere um gás confinado em um recipiente com as seguintes condições iniciais: pressão p0, volume V0 e temperatura T0. O gás, então, sofre uma transformação (quando aquecido, por exemplo) e passa a ter um novo valor de pressão PF, volume VF e temperatura TF.

Todas essas grandezas estão relacionadas abaixo.

 

Pegadinha do Malandro: a temperatura deve sempre ser expressa em Kelvin (K = C + 273)!

 

2. TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA

Nas transformações isobáricas, o volume e a temperatura de um gás são grandezas diretamente proporcionais, pois o aumento na agitação das moléculas (temperatura), acarretam uma ocupação maior do espaço.

 

 

A equação abaixo é válida para uma transformação isobárica:

 

 

3. TRANSFORMAÇÃO ISOVOLUMÉTRICA (ISOMÉTRICA OU ISOCÓRICA)

A transformação isovolumétrica é uma transformação onde o volume de um gás permanece constante e pode ocorrer de duas formas distintas:

 

·        o gás está confinado em um recipiente com paredes indeformáveis.

 

·        o gás está confinado em um recipiente com paredes elásticas. A transformação é isovolumétrica se o volume final e inicial do gás é igual (mesmo que o volume mude durante o processo).

 

 

Em uma transformação isovolumétrica, a pressão e a temperatura de um gás são grandezas diretamente proporcionais.

Da equação geral dos gases perfeitos, temos para uma transformação isobárica:

 

 

4. TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA

A transformação isotérmica é uma transformação onde o volume de um gás permanece constante.

 

Em uma transformação isotérmica, a pressão e o volume de um gás são grandezas inversamente proporcionais.

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Da equação geral dos gases perfeitos, temos para uma transformação isotérmica:

 

 

5. GRÁFICOS NAS TRANSFORMAÇÕES

Em uma transformação isobárica, o gráfico V x T uma reta inclinada, pois o volume e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais.

Em uma transformação isovolumétrica, o gráfico p x T é uma reta inclinada, pois a pressão e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais.

Em uma transformação isotérmica, o gráfico p x V é uma curva, pois a pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais.

 

 

6. TRANSFORMAÇÕES COM MASSA VARIÁVEL

Nas transformações onde a quantidade de gás no início e no fim das transformações são iguais (o que é raro nos exercícios), a equação abaixo é validade, pois deve-se levar em consideração a quantidade de gás antes (n0) e a quantidade de gás após (n) após a transformação.

 

 

7. MISTURAS GASOSAS

As misturas gasosas ocorrem quando dois ou mais gases são misturados. Considere a mistura dos gases abaixo com as seguintes variáveis de estado.

 

·        Gás 1 – número de mols n1, pressão p1, volume V1 e temperatura T1.

·        Gás 2 – número de mols n2, pressão p2, volume V2 e temperatura T2.

 

A quantidade de gás da mistura (número de mols – nMISTURA) será a soma da quantidade de gás 1 (n1) com o gás 2 (n2).

 

8. PRESSÃO ATMOSFÉRICA

Em volta do planeta Terra existe uma camada de ar. Essa camada é atraída pela força gravitacional que o nosso planeta exerce sobre essas partículas. A força que as partículas exercem sobre os corpos por unidade de área constitui o que chamamos de pressão atmosférica. A pressão atmosférica, ao nível do mar, vale aproximadamente 1.105 N/m2.

 

A pressão atmosférica diminui com a altitude (menor camada de ar). No pico do Monte Everest (o ponto mais alto da Terra) localizado a 8.836 metros acima do nível do mar, a pressão atmosférica é de apenas 0,3 atm.

 

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Roldanas

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1. ROLDANAS

Existem dois tipos de roldanas no cotidiano: a fixa e a móvel.

 

1.1 Roldana Fixa

Uma roldana fixa para alterar o sentido da força, como mostra a ilustração abaixo.

 

Forma  O conteúdo gerado por IA pode estar incorreto.

 

1.2 Roldana Móvel

A roldana móvel pode se movimentar na vertical e divide pela metade a força que o trabalhador deve aplicar em uma corda, para elevar um objeto.

 

Forma  O conteúdo gerado por IA pode estar incorreto.

Uma polia fixa e uma móvel estão representadas na figura acima. O esforço do trabalhador na corda é apenas a metade (50 N) do peso total do balde. A polia fixa altera o sentido da força.

 

Para n polias, o esforço do trabalhador pode ser calculado por

 

 

onde T é a força aplicada pelo trabalhador na corda para elevar o objeto de peso P.

 

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Processos de Transmissão de Calor

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1. INTRODUÇÃO

Já sabemos que a temperatura mede a agitação das moléculas e o calor é a transferência de energia entre corpos com temperaturas diferentes. Mas, como que ocorre essa transferência de energia no cotidiano? Existem três formas: a condução, a convecção e a irradiação.

 

2. CONDUÇÃO

Uma barra condutora é aquecida de acordo com a ilustração abaixo.

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As moléculas mais agitadas (próximas a chama da vela) transferem energia para as moléculas que estão mais próximas e assim sucessivamente. Em um material condutor de calor, como os metais, essa transferência ocorre de maneira rápida.

 

O processo de transmissão de calor por condução ocorre, portanto, de molécula para molécula.

 

3. CONVECÇÃO

A convecção é o processo de transmissão de calor que ocorre pelo deslocamento entre partes frias (mais densas e mais pesadas) e partes quentes (menos densas e mais leves).

 

Considere um ar condicionado posicionado na parte superior de um ambiente. O ar frio, lançado na parte superior, é mais denso que o ar quente localizado na parte inferior do ambiente.

 

Por isso, o ar mais pesado desce e o ar mais leve  sobe (para ser lançado para fora do ambiente). Esse fluxo é conhecido como correntes de convecção.

 

4. IRRADIAÇÃO

O processo de transmissão de calor por irradiação ocorre pela propagação ondas eletromagnéticas geradas pelo corpo quente.

 

É o único processo que pode ocorrer no vácuo. Se não há matéria, não é possível a transferência de calor por condução e convecção.

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5. APLICAÇÕES NO COTIDIANO

 

5.1 Agasalhos

Os habitantes do deserto utilizam casaco tanto de dia (onde a temperatura checa a 50 ºC) quanto de noite (0 ºC).

       

Durante o dia, o casaco dificulta a troca de calor entre o ambiente (maior temperatura) e o corpo (menor temperatura). Durante a noite, o processo se inverte. O casaco dificulta a troca de calor entre o corpo (maior temperatura e o ambiente).

 

5.2 O segredo de um bom churrasco

O espeto de metal introduzido no interior da carne permite o seu aquecimento sem queimar o exterior. O metal é um ótimo condutor de calor e contribui para a transmissão de calor por condução no interior da carne.

 

5.3 A garrafa térmica

A garrafa térmica é construída de tal forma que deve bloquear os três processos de transmissão de calor: condução, convecção e irradiação.

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·        Condução e convecção: utiliza-se o vácuo entre as paredes interna e externa para impedir os dois processos.

·        Irradiação: utiliza-se uma parede espelhada no seu interior. A radiação emitida pelo líquido quente reflete na parede espelhada e retorna para o seu interior.

 

5.4 Geladeira

O congelador em uma geladeira é localizado na parte superior. O ar frio, mais pesado, desce e o ar quente (no interior da geladeira) sobe. Além disso, as prateleiras são no formato de grade para permitir a circulação das correntes de convecção.

 

5.5 O vento na praia

 

·        Durante o dia: a areia da praia aquece rapidamente (comparada com a água). O ar sobre a areia também se torna mais quente. Ocorre então, um deslocamento de ar da região mais fria (sobre a água) para a região mais quente (sobre a areia).

 

·        Durante a noite: o processo se inverte. A água está mais aquecida que a areia (lembre-se que a água demora mais para esfriar). Ocorre então, um deslocamento de ar da região mais fria (sobre a areia) para a região mais quente (sobre o mar).

 

Espero que tenham gostado!

 

Um grande abraço do BF!

 

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Processos de eletrização


1. PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

A eletrização ocorre quando um corpo recebe ou perde elétrons e há um desequilíbrio na igualdade entre o número de prótons e elétrons. Na prática, esse processo pode ocorrer de três formas: atrito, contato ou indução.

 

2. ATRITO

A carga elétrica dos corpos é a mesma em módulo, porém com sinais contrários (um carregado positivamente e o outro negativamente).

 

Considere que o bastão e a lã abaixo estão neutros, ou seja, possuem o mesmo número de prótons e elétrons. Assuma que o bastão possui 8 prótons e 8 elétrons e a lã possui 10 prótons e 10 elétrons.

O vidro e a lã devem ser atritados (esfregados) para que o processo de eletrização ocorra (não basta encostar um corpo no outro). Dois elétrons se deslocam para a lã.

O bastão fica carregado positivamente com carga +2q (8 prótons e 6 elétrons), pois perdeu dois elétrons. A lã fica carregada negativamente com carga -2q (12 elétrons e 10 prótons), pois recebeu dois elétrons.

 

A ilustração abaixo mostra a configuração final de ambos.

Portanto, concluímos que na eletrização por atrito, a carga elétrica dos corpos é a mesma em módulo, porém com sinais contrários (um carregado positivamente e o outro negativamente).

 

2.1. Princípio da conservação da carga elétrica

Em um sistema isolado, a quantidade total de carga elétrica permanece constante, ou seja, a carga total antes e depois do processo ocorrer é a mesma.

 

3. CONTATO

A eletrização por contato ocorre quando dois corpos (sendo pelo menos um deles eletrizado) são encostados entre si.

 

3.1 Corpo eletrizado negativamente

Considere um corpo com carga -4q (quatro elétrons em excesso) e um corpo neutro. Os dois corpos possuem a mesma dimensão.


Durante o contato, a metade dos elétrons em excesso no corpo eletrizado passa para o corpo neutro.

O corpo neutro recebe dois elétrons e fica eletrizado negativamente com carga -2q, enquanto o corpo que cedeu dois elétrons, continua eletrizado negativamente, porém com carga -2q.

 

3.2 Corpo eletrizado positivamente

A ilustração abaixo mostra um corpo com carga +4q (quatro elétrons em excesso) e um corpo neutro. Os dois corpos possuem a mesma dimensão. É comum pensar que os prótons se deslocariam de um corpo para outro, mas isso é impossível! Os prótons estão presos no núcleo atômico e não podem se deslocar.

Durante o contato, o corpo neutro cede a metade dos elétrons que faltam para neutralizar o corpo carregado positivamente.

O corpo neutro perdeu dois elétrons e fica eletrizado positivamente com carga +2q, enquanto o corpo que recebeu dois elétrons, continua eletrizado positivamente, porém com carga +2q.

Neste processo, a carga final dos dois corpos é a mesma em módulo e sinal.

 

4. INDUÇÃO

No processo de indução, os corpos são aproximados um do outro (desde que um deles esteja carregado).

 

A ilustração abaixo mostra uma esfera condutora neutra sobre um suporte isolante. Um bastão carregado negativamente é aproximado da esfera, e pelo processo da polarização, induz uma movimentação de cargas na esfera neutra.

Em seguida, liga-se um fio terra na esfera, que retira os elétrons em excesso.

O fio terra é retirado e o bastão é afastado. A carga positiva se distribui uniformemente pela esfera. A esfera se eletriza com a carga de sinal contrário ao do bastão.

 

5. O ELETROSCÓPIO

Para saber se um corpo se encontra eletrizado ou não, utiliza-se um eletroscópio. O eletroscópio é formado por um material externo isolante, uma haste de material condutor e duas pequenas lâminas de alumínio.

 

A polarização ocorre e há movimentação de carga negativa para as folhas de alumínio. As cargas elétricas negativas se repelem e as folhas de alumínio de afastam (abrem).

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6. A POLARIZAÇÃO

A polarização ocorre quando as cargas de um corpo neutro se deslocam devido a presença de um corpo carregado. Suponha que um bastão carregado negativamente se aproxime de um corpo neutro. A carga negativa do bastão repele os elétrons do corpo neutro.

 

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Potência Térmica


1. POTÊNCIA TÉRMICA

A potência térmica mede a velocidade com que a energia (E) é transferida para um corpo.

 

 

A energia pode ser de muitos tipos diferentes. Na calorimetria, trabalhamos com a energia térmica (Q) que o corpo recebe ou cede ao exterior para que sua temperatura mude ou o corpo mude de fase.

 

 

 

No S.I., a unidade é:

 

 

A unidade calorias por segundo também é usada ocasionalmente.

 

 

Em um gráfico de potência (P) x tempo (t), a área compreendida entre a reta e o eixo do x fornece a quantidade de calor trocada pelo gás com o exterior.

 

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Plano Inclinado

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1. PLANO INCLINADO

As forças que atuam sobre um bloco em um plano inclinado são a força peso P (vertical para baixo) e a normal N (perpendicular ao plano).

 

Uma imagem contendo Ícone  O conteúdo gerado por IA pode estar incorreto.

 

Observe na figura abaixo que a força peso pode ser decomposta na direção do plano (Px) e na direção perpendicular ao plano (Py).

 

Diagrama, Forma  O conteúdo gerado por IA pode estar incorreto.

 

É possível demonstrar que PX e PY valem, respectivamente:

 

 

e ϴ é o ângulo do plano inclinado.

 

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