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4.2. Resistência Elétrica e Resistores
A resistência elétrica pode ser caracterizada como a "dificuldade" encontrada para que haja passagem de corrente elétrica por um condutor submetido a uma determinada tensão. Portanto, trata-se de uma propriedade física. Resistores são aparelhos e componentes elétricos cuja principal finalidade é converter energia elétrica em energia térmica. Ou ainda, podemos dizer dissipar energia elétrica. Em nossa casa, alguns aparelhos de uso cotidiano podem ser considerados resistores, por exemplo: chuveiro elétrico, ferro de passar roupas e lâmpadas incandescentes (que justamente foram retiradas do mercado por dissiparem muita energia).
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Na figura um resistor a carvão utilizado em circuitos eletrônicos e a representação esquemática que será utilizada daqui por diante.
Para resistor podemos calcular sua resistência através da relação:
R: Resistência do resistor (Ohm ()) V: DDP ou tensão elétrica no resistor (V) i: Corrente elétrica no resistor (A)
Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Ohm
LEI DE OHM
Um resistor que obedece a lei de Ohm é aquele em que a relação entre a tensão e a corrente nele aplicadas é constante, ou seja, variando-se a D.D.P a corrente elétrica nesse resistor varia proporcionalmente. Isso garante que a resistência desse resistor é constante, independente da tensão, da corrente elétrica e da
temperatura à qual está submetido.
Disponível em: http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br Para um resistor ôhmico vale a relação:
O gráfico de V x i para esse resistor é uma
reta cuja declividade coincide com o valor da sua resistência.
RESISTÊNCIA COMO FUNÇÃO DA GEOMETRIA - RESISTIVIDADE
Considere o resistor da figura. Experimentalmente é possível mostrar que a resistência desse resistor depende do seu comprimento da sua área de secção transversal e de sua resistividade (relacionada com o
material do qual é feito esse resistor)
Resumidamente temos:
R: Resistência do resistor (Ohm ()) L: Comprimento do resistor (m) A: Área de secção reta ou transversal do resistor (m2) : Resistividade do material (.m) Podemos perceber que: 1. A resistência é diretamente
proporcional ao comprimento desse
resistor.
2. A resistência é inversamente
proporcional à área de secção transversal
do resistor.
ASSOCIAÇÕES DE RESISTORES
Em um circuito é possível organizar conjuntos de resistores interligados, chamada associação de resistores. O comportamento desta associação varia conforme a ligação entre os resistores, sendo seus possíveis tipos:
em série, em paralelo e mista.
1 - ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE: Reconhecemos esse tipo de associação quando os diversos resistores estiverem ligados imediatamente um após o outro num único fio de ligação comum a todos os resistores. Observe a figura abaixo:
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Nesse tipo de associação se os resistores tiverem valores diferentes o resistor de maior resistência ficará submetido à maior tensão. Atenção para as características da associação em série:
1. Corrente elétrica constante em todos os resistores da associação (i = i1 = i2 = i3)
2. A tensão elétrica divide-se entre os resistores e a soma das tensões em cada resistor é igual a tensão total aplicada ao extremo da associação (U = U1 + U2 + U3)
3. A resistência do resistor equivalente é dada pela soma das resistências individuais dos resistores (R= R1 + R2 + R3)
2- ASSOCIAÇÃO EM PARALELO: Ligar resistores em paralelo significa basicamente dividir a mesma fonte de corrente, de modo que a tensão em cada ponto seja conservada.
Disponível em: http://www.sofisica.com.br Atenção para as características da associação em paralelo:
1. A tensão elétrica é igual em todos os resistores (U = U1 = U2 = U3)
2. A corrente elétrica do circuito é dada pela soma das correntes em cada resistor da associação (i = i1 + i2 + i3)
3- ASSOCIAÇÕES MISTAS: Em um mesmo circuito podem ser encontrados resistores em série e resistores em paralelo. Para calcular a resistência total do circuito, devese primeiro calcular a resistência equivalente dos resistores em paralelo, e em posse desse valor, considerá-
lo como se fosse mais um resistor em série.
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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
1. (UFSM) Considere as seguintes afirmativas: I. Um dispositivo condutor obedece à lei de Ohm, quando sua resistência é independente do valor e da polaridade da diferença de potencial (ddp) aplicada. II. A relação entre a diferença de potencial (ddp) aplicada em um fio condutor e a corrente que nele circula define a lei de Ohm. III. A lei de Ohm diz que a resistência de um fio condutor é diretamente proporcional às suas dimensões. Está(ão) correta(s): a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III d) Apenas I e II. e) Apenas II e III. 2. (ACAFE) Sejam dois resistores ôhmicos Rx e Ry associados em paralelo e ligados a uma bateria ideal de 12V. A figura abaixo mostra as curvas que caracterizam esses resistores.
A intensidade de corrente elétrica em ampéres, fornecida pelo gerador ao circuito, é: a) 16 b) 0,8 c) 8 d) 16 3. (IMED) O circuito elétrico representado abaixo é composto por fios e bateria ideais: Com base nas informações, qual o valor da resistência R indicada? a) 5 . Ω b) 6 . Ω c) 7 . Ω d) 8 . Ω e) 9 . Ω 4. (UPF) Em uma aula experimental de Física, o professor apresenta aos alunos uma associação em paralelo constituída por três lâmpadas incandescentes ligadas a uma fonte de tensão constante. Durante o experimento, uma lâmpada queima. Nessa situação: a) As demais lâmpadas se apagarão. b) A resistência equivalente da associação aumentará de valor. c) A intensidade da corrente fornecida pela fonte permanecerá a mesma. d) A potência da associação aumenta. e) A intensidade da corrente fornecida pela fonte aumenta.
Gabarito dos exercícios de fixação: 1. A | 2.D | 3.C | 4.B
INSTRUMENTOS DE MEDIDAS ELÉTRICAS
Os instrumentos elétricos de medida são largamente utilizados em laboratórios de ensino. Esses equipamentos são utilizados para obtenção de valores de várias grandezas que estão envolvidas num circuito elétrico. Com os aparelhos apropriados podemos fazer medidas de corrente elétrica, voltagem e resistência elétrica.
1- AMPERÍMETRO: é um instrumento que mede a intensidade de corrente elétrica. Como o amperímetro indica a corrente que passa por ele no trecho do circuito onde ele está inserido, sua resistência interna deve ser nula, caso contrário ele indicaria uma corrente de intensidade menor que aquela que realmente passa pelo trecho. Deve ser ligado em série com o elemento do qual se pretende determinar a corrente.
2- VOLTÍMETRO: É o aparelho utilizado para medir o valor da tensão entre dois pontos de um trecho qualquer do circuito. Para isso, seus terminais devem ser conectados nos pontos cuja tensão deseja-se conhecer. Desta forma, teremos que ligar o voltímetro em paralelo com o elemento.
Símbolo do Amperímetro
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EM RESUMO:
1- Amperímetro:
- Mede corrente elétrica; - Deve ser ligado em série com o elemento do circuito; - Ideal: resistência nula.
2- Voltímetro:
- Mede d.d.p.; - Deve ser ligado em paralelo com o elemento do circuito; - Ideal: resistência infinita.
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
1. (UEL) Sobre o funcionamento de voltímetros e o funcionamento de amperímetros, assinale a alternativa correta: a) A resistência elétrica interna de um voltímetro deve ser muito pequena para que, quando ligado em paralelo às resistências elétricas de um circuito, não altere a tensão elétrica que se deseja medir. b) A resistência elétrica interna de um voltímetro deve ser muito alta para que, quando ligado em série às resistências elétricas de um circuito, não altere a tensão elétrica que se deseja medir. c) A resistência elétrica interna de um amperímetro deve ser muito pequena para que, quando ligado em paralelo às resistências elétricas de um circuito, não altere a intensidade de corrente elétrica que se deseja medir. d) A resistência elétrica interna de um amperímetro deve ser muito pequena para que, quando ligado em série às resistências elétricas de um circuito, não altere a intensidade de corrente elétrica que se deseja medir. e) A resistência elétrica interna de um amperímetro deve ser muito alta para que, quando ligado em série às resistências elétricas de um circuito, não altere a intensidade de corrente elétrica que se deseja medir.
Gabarito dos exercícios de fixação: 1. D
ENERGIA E POTÊNCIA ELÉTRICA
Define-se potência elétrica dissipada em um resistor como a razão entre a energia elétrica transformada e o
intervalo de tempo dessa transformação.
Disponível em: http://ensinoadistancia.pro.br A potência dissipada em um resistor pode ser calculada por:
Pela definição, podemos calcular a energia dissipada em um resistor por:
P: Potência elétrica / V: tensão elétrica (Volts (V)) / R: Resistência elétrica () / i: Corrente elétrica (A) / E: Energia elétrica
OBSERVAÇÃO
- No quadro acima não fornecemos a unidade de energia. Isso se deve ao fato de que aqui é comum a utilização de dois sistemas diferentes: O sistema internacional e o sistema prático - Para obtermos energia no sistema internacional, ou seja, em Joules (J), devemos utilizar a potência em Watts
(W) e o tempo em segundos (s).
W.s = J
- Para obtermos a energia no sistema prático, ou seja, em kWh, utilizaremos a potência em kW e o tempo de operação do circuito em horas (h).
kW. h =kWh
- A razão para a utilização de dois sistemas diferentes deve-se ao fato de que o Joule é uma unidade muito pequena para utilização cotidiana. - A relação entre o Joule e o kWh é a que segue
1 kWh = 3,6 x106 J
RASCUNHO
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
1. (UFPR) Num dia frio, certo chuveiro elétrico é ligado para dissipar uma potência de 7200 W. Se o tempo em que permanece ligado é de dez minutos, a energia elétrica que consome, em kWh, é de: a) 1,5. b) 1,8. c) 2,2. d) 3,0. e) 1,2. 2. (UPF) Dentre as alternativas descritas abaixo, assinale aquela que indica o aparelho com maior consumo de energia, em kWh. a) Uma panela elétrica de 1.500 W usada durante 10 h. b) Uma lâmpada incandescente de 0,120 kW ligada pelo período de 20 h. c) Um forno elétrico ligado a 200 V e com corrente nominal de 30 A utilizado durante 5 h. d) Um aquecedor de resistência elétrica nominal de 5Ω funcionando a 200 V durante 10h. e) Um ferro de passar de 2.000 W ligado durante 5h. 3. (ACAFE) Em uma situação cotidiana, uma pessoa liga duas lâmpadas incandescentes em paralelo em uma rede de 220V. As lâmpadas apresentam certa intensidade luminosa (brilho), sendo que a lâmpada 2 tem um filamento de mesmo material, mesmo comprimento, mas é mais grosso que o filamento da lâmpada 1.
Nessas condições, a alternativa correta é: a) Desligando a lâmpada L1, a lâmpada L2 diminui o seu brilho. b) A lâmpada L1 brilha mais que a lâmpada L2. c) As lâmpadas L1 e L2 tem o mesmo brilho. d) A lâmpada L2 brilha mais que a lâmpada L1.
Gabarito dos exercícios de fixação: 1. E| 2. D | 3.D ASSOCIAÇÕES DE GERADORES
Assim como aconteceu com os resistores é possível associar geradores de maneira conveniente. A finalidade desse tipo de associação é adequar os geradores aos circuitos em que serão utilizados. Assim como aconteceu com a associação de resistores, existem duas maneiras básicas principais de associar geradores, série e paralela. Também como aconteceu com os resistores, é possível montar associações mistas, que nada mais são que combinação da associação em série e da associação em paralelo.
1- ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE DE GERADORES
Reconhecemos uma associação em série de geradores quando o terminal positivo de um gerador está ligado diretamente no terminal negativo do gerador seguinte. A cada gerador podemos associar um valor característico denominado força eletromotriz ou tensão nominal do gerador. Essa grandeza é medida em volts e não é necessariamente uma força, mas sim o valor nominal máximo de tensão que o gerador pode fornecer a um circuito aberto. Abaixo, temos uma associação em série de geradores:
Disponível em: http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br A finalidade desse tipo de associação é aumentar a tensão fornecida pelo circuito. Assim, teremos:
ET = E1 + E2 + E3 (Força eletromotriz total)
A corrente é constante em todos os geradores dessa associação.
Resistência equivalente da associação:
r = r1 + r2 + r3
2- ASSOCIAÇÃO EM PARALELO DE GERADORES
A finalidade desse tipo de associação não é aumentar a tensão fornecida. Esse tipo de associação não altera a tensão a ser fornecida ao circuito. A finalidade é aumentar aqui o tempo de operação do circuito sem alterar a DDP. É muito importante notar que esse tipo de associação só pode ocorrer entre geradores idênticos, caso contrário, teremos um dos geradores funcionando na verdade, como receptor de energia.
Disponível em: http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br Força eletromotriz total:
ET = E1 = E2 = E3
Corrente elétrica total:
it = i1 + i2 + i3
Cálculo da resistência equivalente:
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
1. (UFRGS) O circuito a seguir representa três pilhas ideais de 1,5V cada uma, um resistor R de resistência elétrica 1,0Ω e um motor, todos ligados em série.
(Considere desprezível a resistência elétrica dos fios de ligação do circuito).
A tensão entre os terminais A e B do motor é 4,0V. Qual é a potência elétrica consumida pelo motor? a) 0,5W. b) 1,0W. c) 1,5W. d) 2,0W. e) 2,5W. 2. (UFSM) No circuito da figura, a corrente no resistor R2 é de 2A. O valor da força eletromotriz da fonte () é, em V,
a) 6 b) 12 c) 24 d) 36 e) 48
Gabarito dos exercícios de fixação: 1. D| 2. D
Leitura Complementar: Fusíveis e Disjuntores
Os fusíveis são dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecargas de
Dispo corrente e curto-circuito, que podem provocar até incêndios, nível explosões e choques. Os fusíveis são aplicados geralmente nos em: http:/ circuitos domésticos e na indústria leve, enquanto que os /www .quapr disjuntores são projetados principalmente para atender as o.com .br necessidades da indústria pesada. Funcionam como válvulas, cuja finalidade básica é cortar o fluxo toda vez que a quantidade de energia que trafega por um determinado circuito for excessiva e puder causar danos ao sistema.
Um fusível, uma vez queimado, não pode ser reaproveitado. Deve ser jogado fora e substituído por um novo. Este incômodo pode ser evitado com um dispositivo de proteção denominado disjuntor.
O disjuntor é um interruptor de desarme automático quando o mesmo identifica um curto circuito ou uma sobrecarga. O disjuntor é projetado para suportar uma determinada corrente elétrica, caso ocorra um pico de corrente ou mesmo um curto circuito que eleve consideravelmente a corrente acima do limite suportado por esse, o mesmo interrompe o circuito, protegendo todos os elementos que componham esse circuito, após sanado esse sinistro o disjuntor pode ser rearmado para a continuidade do funcionamento deste circuito.
Fonte: http://www.newtoncbraga.com.br
RASCUNHO
