ANEXO 4.4 RESISTENCIA ELÉTRICA E LEIS DE OHM Lorena e Monique 1. Objetivos da atividade: Compreender conceitos básicos de eletricidade Conceituar resistor e resistência; Enunciar a 1ª Lei de Ohm Analisar a 1a Lei de Ohm; Calcular resistência elétrica; Duração: • De 1 a 2 aulas Introdução Quando um potencial elétrico (ddp, Voltagem) existe no circuito, a corrente elétrica existe. A Resistência elétrica diminui o fluxo de elétrons, reduzindo a corrente elétrica. Nos usaremos a Lei de Ohm para investigar a relação entre tensão elétrica e corrente elétrica. Resistencia elétrica relacionaa diferença de potemcial (ddp) aplicada entre dois pontos de um condutor e o fluxo eletrônico,a corrente eletrica, estabelecida entre eles.
PROBLEMATIZAÇÃO A aula será iniciada com uma breve exposição do conteúdo relacionando com o cotidiano. Como argumentos motivadores desta aula serão feitos alguns questionamentos como: – Seu chuveiro está fornecendo água em temperaturas muito baixa, então o que deve ser feito para melhorar o aquecimento da água no chuveiro? Mediação: troco de chuveiro? ; basta trocar o resistor do chuveiro por um novo? ; basta emendar uma molinha/resistor na molinha já existente? Precisa-se trocar o resistor por um de maior tensão? A corrente elétrica interfere no aquecimento? A potência elétrica interfere no aquecimento? O que é resistência elétrica?
SISTEMATIZAÇÃO DO CONTEÚDO Primeira Lei de OHM “ A ddp nos terminais de um resistor é diretamento proporcional à corrente elétrica produzida por esta ddp, numa certa temperatura.” Ex:
UαI
U=R.i
Unidades no SI: U => volt (V) R => ohm (Ω) i => ampère (A) Os resistores que obedecem a Lei de Ohm são denominados resistores ôhmicos.
Considere um fio feito de material condutor. As extremidades desse fio, são ligadas aos pólos de uma pilha, como mostra a figura abaixo. Desse modo, a pilha estabelece uma diferença de potencial no fio condutor e, consequentemente, uma corrente elétrica. Para se determinar o valor da corrente elétrica, coloca-se em série no circuito um amperímetro e, em paralelo, um voltímetro que permititrá a leitura da tensão. A montagem do circuito está ilustrada na figura abaixo:
•
Com o circuito montado e funcionando, fazemos as medições de tensão e corrente através dos aparelhos instalados. Agora imagine que a diferença de potencial da pilha seja dobrada (podemos fazer isso ligando uma segunda pilha em série com a primeira). Como resultado dessa alteração, o voltímetro marcará o dobro da tensão anterior, e o amperímetro marcará o dobro de corrente elétrica. Se triplicarmos a diferença de potencial, triplicaremos a corrente elétrica. Isso quer dizer que a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica tem um valor constante. Essa constante é simbolizada pela letra R. Se colocarmos a corrente elétrica (i) em evidência, podemos observar que, quanto maior o valor de R, menor será a corrente elétrica. Essa constante mostra a resistência que o material oferece à passagem de corrente elétrica.
A primeira lei de Ohm estabelece que a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica em um condutor é igual a resistência elétrica desse condutor. Vale salientar que a explicação foi desenvolvida tendo como base um condutor de resistência constante. É por isso que condutores desse tipo são chamados de condutores ôhmicos.
Simulador: https://phet.colorado.edu/sims/ohms-law/ohms-law_pt_BR.html Segunda Lei de Ohm
“ A Resistencia elétrica de um resistor é diretamente proporcional ao comprimento do fio resistor e inversamente proporcional a area de secção transversal.”
A figura apresenta a segunda lei de Ohm, onde L representa o comprimento do condutor e A é a área de sua secção reta. Essa equação mostra que se aumentarmos o comprimento do
fio, aumentaremos a resistência elétrica, e que o aumento da área resultará na diminuição da resistência elétrica. ρ = resistividade elétrica (Ώ.m) L = comprimento do fio (m) A = area de secção transversal (m2)
POTÊNCIA ELETRICA A potência elétrica é definida como “a capacidade de uma fonte de tensão elétrica realizar um trabalho por unidade de tempo”. Mas o que isso quer dizer? Sabemos que equipamentos eletrônicos necessitam de energia elétrica para funcionar. Ao receber energia elétrica, esses aparelhos transformam-na em outra forma de energia. O chuveiro, por exemplo, converte a energia elétrica em térmica. Quanto maior a quantidade de energia transformada em um curto intervalo de tempo, maior é a potência do aparelho. Essa grandeza, portanto, aponta a velocidade com que a energia elétrica é transformada em outro tipo de energia.
Pot = E/T = F.D/T = Q.V. /T = I.V Pot = I . V Mas : V = R . I Então : Pot = I . R. I = R. I2 Pot = R . I2 Como: I = V / R, Obtém- se Pot = V2 / R
Prática Exercicios: 1º) Um resistor de resistência elétrica R igual a 10 Ω é percorrido por uma intensidade de corrente elétrica i equivalente a 5 A. Qual é a potência dissipada (P) pelo resistor?
Dados: R = 10 Ω; i = 5A; P=? P = R . i2 P = 10 . 5² P = 10 . 25 = 250 P = 250 W 2º) Um resistor de resistência equivalente a 10 Ω é percorrido por uma intensidade de corrente elétrica igual a 6 A. Qual a ddp (U) entre os extremos do resistor?
Dados:
U= ? i = 6A; R = 10 Ω; U=R.i U = 10 . 6 U = 60 V
3º) Calcule a intensidade de corrente elétrica que percorre um resistor ôhmico (que possui resistência constante) de resistência 10 Ω sendo a ddp (U) entre seus extremos igual a 20 V? Dados:
U= 20V; i=? R = 10Ω i=U/R i = 20 / 10 i=2A
4º) Um resistor de resistência elétrica R igual a 10 Ω é submetido à ddp (U) de 30 V. Determine a potência dissipada no resistor.
Dados: R = 10 Ω; U= 30V; P=?
P = U² / R P = 30² / 10 P = 900 / 10 P = 90 W
5°) Uma tensão de 12 volts aplicada a uma resistência de 3,0 W produzirá uma corrente de: a) 36 A b) 24 A c) 4,0 A d) 0,25 A No texto foi dado U = 12 V e R = 3 W Aplicando a 1ª. lei de Ohm, tem-se: U= R.i 12 = 3 . i i=4A
6°) Num detector de mentiras, uma tensão de 6V é aplicada entre os dedos de uma pessoa. Ao responder a uma pergunta, a resistência entre os seus dedos caiu de 400kW para 300kW. Nesse caso, a corrente no detector apresentou variação, em mA, de: a) 5 b) 10 c) 15 d) 20 Resolução: Para uma resistência de 400kW, a corrente elétrica é: U= R.i 6 = 400 000 . i
i =6/400 000 i = 0,000 015 A = 15 mA Para uma resistência de 300kW, a corrente elétrica é: U= R.i 6 = 300 000 . i i = 6/300 000 i = 0,000 020 A = 20 mA Resposta: A corrente elétrica sofreu uma variação de 5 mA