Pressione um interruptor e uma lâmpada acende. Por trás desse instante há uma cadeia: carga empurrada por diferença de potencial, através de fios e componentes, transferindo energia da central elétrica para a lâmpada. Esta referência cobre Física AQA GCSE 8463, tópico 4.2 Eletricidade.
Comece com uma pergunta simples: uma célula, um interruptor e uma lâmpada formam um circuito em série. Por que abrir o interruptor interrompe a corrente sustentada? Quando fechado, a lâmpada consome carga?
O interruptor deve completar um caminho condutivo, e a célula fornece uma diferença de potencial. Em um circuito em série estacionário, a corrente é a mesma antes e depois da lâmpada. A lâmpada transfere energia; a carga não é consumida. Cálculos posteriores vinculam $Q=It$, $E=QV$, $P=VI$ e $E=Pt$.
Esta referência usa símbolos padrão de circuitos e a Ficha de Fórmulas de Física quando fornecida para o exame. Use a ficha emitida para sua série de exames; pratique escolher e reorganizar equações em vez de assumir que todos os futuros papers terão o mesmo suporte. AQA usa “diferença de potencial” em questões e aceita o uso correto de “tensão”. Eletricidade estática e campos elétricos são conteúdo exclusivo de física.
2.1
Diagramas de circuito, carga e corrente
Programa
Símbolos de circuito, carga elétrica e corrente (AQA 8463 declarações 4.2.1.1-4.2.1.2).
Desenhe e interprete diagramas de circuito usando símbolos padrão.
Afirme que a carga elétrica flui apenas quando um circuito está fechado e inclui uma fonte de diferença de potencial.
Use fluxo de carga = corrente × tempo (Q = It), com o tempo em segundos.
Lembre-se que a corrente elétrica é um fluxo de carga e que a corrente é a mesma em todos os pontos de um laço único fechado.
Fonte: Programa Cambridge International
Um diagrama de circuito usa símbolos padrão. Conheça estes: célula, bateria, interruptor (aberto, fechado), lâmpada, resistor, resistor variável, amperímetro, voltímetro, diodo, LED, termistor, LDR e fusível. Amperímetros ficam em série; voltímetros ficam em paralelo sobre o componente.
Use pares repetidos de placas longas/curtas para uma bateria; setas claras entram em um LDR e saem de um LED.
Para que a carga flua, o circuito deve estar fechado e incluir uma fonte de diferença de potencial. Corrente elétrica é o fluxo de carga elétrica, e sua magnitude é a taxa de fluxo:
$$Q = It$$
$Q$ fluxo de carga em coulombs, C; $I$ corrente em amperes, A; $t$ tempo em segundos, s.
A corrente tem o mesmo valor em todos os pontos de um único laço em série.
A corrente convencional flui de + para −; os elétrons fluem no sentido oposto.
Raciocínio resolvido: carga não é corrente
Escrito pelo professor: 4.0 C passam por um ponto em 2.0 s em um circuito em série estacionário. Corrente é fluxo de carga por segundo:
Um ampère significa um coulomb por segundo. A mesma 4.0 C passa por outro ponto desse circuito estacionário no mesmo 2.0 s. Se a mesma carga levar 4.0 s em vez disso:
Dobrar o tempo para a mesma carga dobra a corrente.
Prática de fluxo de carga: tente antes de verificar
Escrito pelo professor: um carregador fornece constante 0.90 A por 25 minutos. Encontre a carga em coulombs, depois preveja o efeito de dobrar o tempo na mesma corrente.
Verifique: use segundos, pois amperes medem coulombs por segundo.
Isso concorda com o esquema oficial. Extensão do professor: tratar 400 ms como 400 s tornaria o denominador 1000 vezes maior e a corrente 1000 vezes menor. Verifique a unidade de tempo antes de substituir.
Corrente, resistência e diferença de potencial (AQA 8463 declaração 4.2.1.3).
Afirme que a corrente através de um componente depende de sua resistência e da diferença de potencial aplicada sobre ele.
Use diferença de potencial = corrente × resistência (V = IR) em todas as direções.
Lembre-se que, quanto maior a resistência, menor a corrente para uma dada diferença de potencial.
Prática requerida 3: investigue como a resistência de um fio depende de seu comprimento à temperatura constante, incluindo posicionamento dos medidores, R = V/I, gráfico proporcional, erro de zero e manter o fio frio.
Fonte: Programa Cambridge International
A corrente através de um componente depende tanto da diferença de potencial aplicada quanto à sua resistência:
$$V = IR$$
$V$ diferença de potencial em volts, V; $I$ corrente em amperes, A; $R$ resistência em ohms, Ω.
Quanto maior a resistência, menor a corrente para uma dada diferença de potencial.
Exemplo resolvido. Uma diferença de potencial de 0.45 V provoca 0.0075 A através de uma moeda. Encontre a resistência da moeda.
Conhecidos: $V$ e $I$; reorganize antes de substituir.
Prática exigida 3: resistência de fios e combinações de resistores
Fixe um fio resistivo (nicromo ou constantan) ao longo de uma régua métrica. Meça o comprimento selecionado entre os pontos de contato reais de um clipe fixo e um móvel. O amperímetro está em série com esse comprimento; o voltímetro é conectado entre os mesmos dois pontos de contato.
A e V medem a corrente selecionada no fio entre seus dois clipes.
Use uma diferença de potencial baixa e desligue o circuito entre as leituras para limitar o aquecimento. Altere apenas o comprimento: mantenha o material do fio, a área da seção transversal e a temperatura constantes. Para cada comprimento, registre a diferença de potencial medida e a corrente, depois calcule $R = V/I$. Repita as leituras e investigue resultados inconsistentes.
Por exemplo, estes dados ideais escritos pelo professor ilustram o cálculo; eles não são medições experimentais:
Comprimento / cm
Diferença de potencial / V
Corrente / A
Resistência / Ω
20
0.60
0.30
2.0
40
0.80
0.20
4.0
60
0.90
0.15
6.0
A temperatura constante, para o mesmo material e área da seção transversal, a resistência é diretamente proporcional ao comprimento do fio. Trace a resistência calculada contra o comprimento; uma linha reta que passa pela origem apoia essa relação. A diferença de potencial medida pode não ser idêntica em cada comprimento, portanto calcule cada resistência a partir de suas próprias leituras pareadas.
Um intercepto diferente de zero exige investigação. Verifique se o comprimento foi medido entre os pontos de contato; resistência de contato e dos fios também podem afetar os resultados. Não force o gráfico a passar pela origem nem subtraia todo o intercepto como um erro de zero sem identificar sua causa.
Na segunda parte desta prática, conecte duas resistências iguais em série e, em seguida, em paralelo. Com o amperímetro medindo a corrente total e o voltímetro na combinação inteira, meça a diferença de potencial total e a corrente e calcule a resistência total. Compare com uma única resistência: a série tem maior resistência total; o paralelo tem menor resistência total. Para duas resistências idênticas de 10 Ω, os totais ideais são 20 Ω em série e 5 Ω em paralelo. O resultado do paralelo pode ser explicado pela corrente total dobrada à mesma diferença de potencial, sem precisar de fórmula de resistência recíproca.
Explorar
One operating point: voltage, current and resistance
$I=\frac{V}{R};\quad P=VI$
At the worked operating point, 6 V across 20 ohms produces 0.30 A and 1.8 W.
2.3
Resistores e características I–V
Programa
Resistores e características I-V (AQA 8463 declaração 4.2.1.4).
Explique que, em alguns resistores, a resistência permanece constante, enquanto em outros ela varia conforme a corrente.
Descreva o gráfico I-V de um condutor ôhmico a temperatura constante, uma lâmpada incandescente e um diodo.
Explique o gráfico da lâmpada incandescente: a corrente aquece o filamento e aumenta a resistência.
Afirme que a resistência do termistor diminui com o aumento da temperatura e cite sua aplicação em termostatos.
Afirme que a resistência do LDR diminui com o aumento da intensidade luminosa e cite sua aplicação em acionamento automático de luzes.
Prática requerida 4: investigue as características I-V de componentes de circuito, incluindo variação de tensão, inversão da fonte e proteção do diodo.
Fonte: Programa Cambridge International
Prática exigida 4 mede a corrente por uma resistência, lâmpada de filamento e diodo em uma faixa de diferenças de potencial medidas em cada componente. Conecte um amperímetro em série e um voltímetro em paralelo com o componente. Varie a dp usando uma fonte de cd variável ou um resistor variável em série. Comece em zero e permaneça dentro das especificações do componente. Registre leituras pareadas em uma faixa adequada; repita e investigue leituras inconsistentes. Desligue antes de inverter as conexões da fonte para obter valores negativos, usando medidores que possam ler a polaridade invertida. Trace a corrente verticalmente contra a diferença de potencial horizontalmente.
A e V medem a corrente através e a dp sobre a lâmpada.
Para a investigação da lâmpada no AQA Junho 2023 8463/1H Q06.1, a Figura 6 cobre −6 V a +6 V com leituras em intervalos de 1 V. Colete valores positivos, depois invirta a fonte para obter os valores negativos; esses ajustes pertencem àquela investigação de lâmpada, e não a todos os componentes possíveis.
Para um diodo, use um resistor protetor adequado em série para limitar a corrente e um miliamperímetro para medir a pequena corrente. O resistor protetor, e não o miliamperímetro, protege o diodo. Meça a dp apenas sobre o diodo, excluindo o resistor protetor. Mantenha o resistor ôhmico próximo à temperatura constante; a mudança de temperatura do filamento da lâmpada faz parte do efeito sendo investigado.
Formas qualitativas, não gráficos de medição numérica. A corrente é o eixo vertical nos três painéis.
Conductor ôhmico (resistor fixo à temperatura constante): a corrente é diretamente proporcional à diferença de potencial; a resistência é constante. Linha reta pela origem.
Lâmpada de filamento: a resistência aumenta à medida que a temperatura do filamento sobe. A corrente aumenta menos do que proporcionalmente à dp, então a curva I–V aplaina-se afastando-se da origem em ambas as direções.
Diodo: conduz na direção direta; a corrente reversa é desprezível neste modelo, logo a resistência reversa é muito alta. Não assuma que todo diodo tenha exatamente a mesma tensão direta.
Em um ponto de operação escolhido, calcule a resistência usando $R=V/I$. Em um gráfico de corrente contra tensão, a resistência não é a inclinação. Para uma linha reta que passa pela origem, a inclinação é $I/V=1/R$; para uma característica curva, use as coordenadas do ponto escolhido, em vez de uma inclinação de tangente.
Exemplo resolvido, adaptado do AQA Junho 2023 8463/1H Q06.2. Em +3.0 V, o gráfico oficial da lâmpada fornece aproximadamente 0.16 A:
A maior resistência é consistente com um filamento mais quente: vibrações aumentadas da rede cristalina tornam o movimento dos elétrons mais difícil. A corrente ainda aumenta, mas em uma proporção menor que a dp.
Termistor: no tipo exigido aqui, a resistência diminui à medida que a temperatura aumenta — usado como sensor de temperatura em um termostato.
LDR: a resistência diminui à medida que a intensidade da luz aumenta — usado como sensor de luz em um circuito de iluminação automática.
Estes são gráficos de resistência versus ambiente, não características I–V.
Um sensor por si só não especifica quando um aparelho liga. Por exemplo, um controlador configurado para ligar uma lâmpada quando a resistência do LDR for alta acionará a luz na escuridão. Um controlador de resfriamento pode ser ajustado para ligar conforme a resistência do termistor cai com o aumento da temperatura. Enuncie a regra do controlador fornecida e rastreie a alteração através dele. Apenas para a mesma dd aplicada ao sensor, a queda de resistência implica aumento da corrente por $I=V/R$; uma fonte fixa não garante dd constante no sensor num circuito em série.
2.4
Circuitos em série e paralelo
Programa
Circuitos em série e paralelo (AQA 8463 declaração 4.2.2).
Para componentes em série: afirme que a corrente é a mesma, a tensão da fonte é dividida e a resistência total é a soma das resistências.
Para componentes em paralelo: afirme que a tensão é a mesma em cada ramo, a corrente total é a soma das correntes dos ramos e a resistência total de dois resistores é menor que a menor resistência individual.
Explique qualitativamente por que adicionar resistores em série aumenta a resistência total, enquanto adicioná-los em paralelo a reduz.
Calcule correntes, tensões e resistências em circuitos DC em série, usando resistência equivalente.
Fonte: Programa Cambridge International
Em série, os componentes compartilham um único laço sem derivações. Em paralelo, os componentes estão conectados em ramos separados entre os mesmos dois nós. Rastreie esses caminhos no diagrama antes de aplicar as regras de corrente e diferença de potencial.
Mesmos componentes, regras muito diferentes.
Para componentes em série:
a corrente é a mesma através de cada componente;
a diferença de potencial da fonte é compartilhada entre os componentes;
a resistência total é a soma: $R_{total} = R_1 + R_2$.
Para componentes em paralelo:
a diferença de potencial através de cada componente é a mesma;
a corrente total é a soma das correntes dos ramos;
a resistência total de dois resistores é menor que a menor individual.
Você deve explicar ambos os sentidos: adicionar resistores em série coloca oposição extra no mesmo caminho condutor sem derivações, logo a resistência total aumenta; em paralelo, cada resistor abre um caminho adicional para a carga, assim mais corrente flui para a mesma diferença de potencial e a resistência total diminui.
Você não precisa calcular a resistência combinada de dois resistores em paralelo — apenas compará-los e explicá-los.
Exemplo resolvido. Uma bateria de 6.0 V alimenta uma lâmpada em série com um resistor variável ajustado para 6.0 Ω. A lâmpada tem resistência de 12 Ω neste ponto de operação.
Conhecidos: dd da fonte e ambas as resistências neste ponto de operação. Mantenha a corrente não arredondada ao encontrar as divisões de tensão.
As divisões somam 6.0 V. Divisões iguais ocorrem apenas para resistências iguais no ponto de operação; componentes em série nem sempre dividem a tensão igualmente.
Comparação escrita pelo professor com resistores fixos. Dois resistores de 8.0 Ω estão conectados a uma fonte ideal de 12 V. Em série, $R_{total}=R_1+R_2=16\ \Omega$ e $I=V/R_{total}=0.75\ \text{A}$; cada resistor tem $V=IR=6.0\ \text{V}$. Em paralelo, cada ramo tem 12 V, então a corrente em cada ramo é $I=V/R=1.5\ \text{A}$ e $I_{total}=I_1+I_2=3.0\ \text{A}$. Adicionar outro resistor em paralelo fornece outro caminho de corrente e aumenta a corrente total na mesma dd da fonte. Nenhuma fórmula de inverso-resistência é necessária aqui.
Para ramos paralelos independentes numa fonte ideal de dd fixa, abrir um ramo interrompe a corrente nesse ramo; o outro ramo ainda tem a mesma dd. Abrir o único caminho em série interrompe a corrente em ambos os componentes. Se a dd da fonte variar sob carga, não assuma que a corrente do outro ramo permanece inalterada.
Exemplo resolvido integrado, adaptado da prova AQA de junho 2024 8463/1H Q05.5. Em 20 °C, o gráfico do termistor da questão fornece cerca de 80 Ω. Ele está em série com um resistor de 400 Ω sob 12 V. Encontre a dp sobre o termistor.
O resistor fixo tem os restantes 10 V. Este exemplo usa a leitura do gráfico fornecida acima; a questão de exame completa também requer ler essa resistência no gráfico. Uma dp de fonte fixa não faz com que a dp do termistor seja igual à dp da fonte.
Usos domésticos e segurança (AQA 8463 declaração 4.2.3).
State that mains electricity is an ac supply with frequency 50 Hz and potential difference about 230 V in the UK.
Explique a diferença entre tensão contínua e alternada.
Identifique os fios fase, neutro e terra pela cor do isolamento e descreva a função de cada um.
Explique por que um fio fase pode ser perigoso mesmo com o interruptor aberto no circuito.
Explique os riscos de estabelecer qualquer conexão entre o fio fase e o terra.
Fonte: Programa Cambridge International
A alimentação elétrica do Reino Unido é alternada (ca): a diferença de potencial muda repetidamente de polaridade. Sua frequência é 50 Hz, significando 50 ciclos completos por segundo, e sua dp declarada é cerca de 230 V. Baterias fornecem dp direta (cc) com uma única polaridade. Uma dp cc não precisa ser perfeitamente constante em magnitude; sua direção não se inverte.
Escala qualitativa de tensão: a curva não apresenta 230 V como pico. Um ciclo completo de 50 Hz dura 20 ms.
Lembrete real de exame: AQA junho 2024 8463/1H Q05.1 pede a frequência da rede elétrica do Reino Unido e a tensão nominal: 50 Hz e 230 V, respectivamente. Cincuenta ciclos por segundo não significa apenas cinquenta trocas de direção por segundo: um ciclo senoidal inclui uma semiciclo positivo e uma semiciclo negativo.
As cores de isolamento são nomeadas nos líderes.
Fio
Cor do isolamento
Função normal e potencial
fase
marrom
Fornece tensão alternada; cerca de 230 V em relação à terra.
neutro
azul
Completa o circuito normal; está no potencial da terra, cerca de 0 V.
terra
listras verde e amarela
Conexão protetora para carcaça metálica exposta; próxima a 0 V no modelo normal, sem corrente de carga habitual.
Neutro e terra têm funções distintas, embora ambos estejam normalmente próximos ao potencial da terra. O neutro transporta corrente de carga normal; o terra protetor fornece um caminho para corrente de falha.
Por que um interruptor aberto não torna todo o fio fase inofensivo
Interruptor de fase aberto com pontos rotulados nos lados de alimentação e carga.
O interruptor aberto impede a corrente da lâmpada neste circuito ideal. O ponto A permanece conectado à alimentação fase, com cerca de 230 V em relação à terra. Uma pessoa que faça uma conexão condutora desse ponto fase à terra pode sofrer um choque elétrico. Não infira de um aparelho desligado que todas as partes do circuito estejam isoladas. Isso não significa que o ponto B após um interruptor fase corretamente ligado deve permanecer energizado.
O perigo depende da corrente pelo corpo, seu trajeto e duração. O corpo humano não é um fio de resistência zero, mas uma corrente muito menor que a classificação típica de um fusível de aparelho ainda pode causar lesões graves. Um fusível de aparelho não garante proteção contra tocar em fios fase.
Terra protetor e fusível em uma falha de carcaça metálica
Para o modelo de sala de aula, suponha que o fio fase toque uma carcaça metálica exposta com uma boa conexão de terra protetor. O condutor de terra fornece um caminho de baixa resistência para a falha; a grande corrente resultante aquece e derrete um fusível adequadamente classificado no fio fase, abrindo a alimentação. Sem essa conexão de terra, a carcaça pode ficar energizada sem corrente suficiente para acionar o fusível. A proteção de um fusível contra excesso de corrente é diferente da afirmação de que qualquer corrente de choque possível o fundirá.
Avalie uma falha de neutro aberto
Modelo ideal escrito pelo professor: uma lâmpada está conectada a uma alimentação monofásica de fase e neutro. A conexão do neutro se rompe entre a lâmpada e a alimentação. O terminal neutro a jusante permanece conectado à fase através da lâmpada; não há outro caminho de retorno. Nenhuma corrente de carga normal flui, mas aquele terminal a jusante pode estar no potencial da fase.
Condição
Tensão fase-terra
Tensão neutro-terra lado da carga
Tensão na lâmpada
normal
cerca de 230 V
cerca de 0 V
cerca de 230 V
retorno de neutro aberto
cerca de 230 V
cerca de 230 V
cerca de 0 V
Este modelo ideal explica uma lâmpada apagada com um terminal a jusante perigoso. Ambos os terminais da lâmpada estão aproximadamente no mesmo potencial, então sua tensão é próxima de zero; qualquer um ainda pode ter uma alta tensão em relação à terra. É inconsistente atribuir 230 V tanto a essa lâmpada ideal apagada quanto de cada um de seus terminais à terra no modelo monofásico declarado.
2.6
Transferências de energia: potência e eletrodomésticos
Programa
Potência e transferências de energia em eletrodomésticos (AQA 8463 declarações 4.2.4.1-4.2.4.2).
Utilize potência = diferença de potencial × corrente (P = VI) e potência = corrente ao quadrado × resistência (P = I^2 R).
Explique como a transferência de potência em um dispositivo relaciona-se à diferença de potencial através dele, à corrente que o percorre e à energia transferida ao longo do tempo.
Utilize energia transferida = potência × tempo (E = Pt) e energia transferida = fluxo de carga × diferença de potencial (E = QV), com o tempo em segundos.
Descreva como os eletrodomésticos transferem energia para energia cinética, térmica ou luminosa, e relacione as potências nominais às alterações na energia armazenada durante o uso.
Fonte: Programa Cambridge International
Aparelhos elétricos transferem energia de baterias ou da rede. Um motor transfere energia mecanicamente para objetos em movimento; um aquecedor transfere energia para o depósito térmico de seu entorno. Potência é a taxa de transferência de energia: 1 W significa 1 J a cada segundo. A classificação indica esta taxa na diferença de potencial operacional especificada; não é a energia total consumida.
Quantidades conhecidas
Equação
Alvo
tensão e corrente
$P=VI$
potência em W
corrente e resistência
$P=I^2R$
potência resistiva em W
potência e tempo
$E=Pt$
energia em J
carga e dp
$E=QV$
energia em J
Use segundos com watts para obter joules. Use amperes, volts, ohms e coulombs com estas equações. Para um modelo resistivo, substituindo $V=IR$ em $P=VI$ resulta em $P=(IR)I=I^2R$. Se a corrente for desconhecida, reorganize $I^2=P/R$ e tire a raiz quadrada: $I=\sqrt{P/R}$, não $P/R$.
Exemplo resolvido — AQA Junho 2023 8463/1H Q06.3. Uma lâmpada percorre 0.21 A a 6.0 V durante 30 minutos. Calcule a energia transferida. Corrente e dp fornecem potência; potência e tempo fornecem energia.
Converta o tempo: $30\ \text{min}=30\times60\ \text{s}=1800\ \text{s}$.
Ambas as rotas concordam e são aceitas no esquema oficial. Mantenha os valores intermediários até a resposta final; escreva J para energia, não W.
Exemplo resolvido — AQA Junho 2025 8463/1H Q09.2. A questão fornece potência do motor-bomba 4.86 W e resistência 6.0 Ω, pedindo fluxo de carga em 30 minutos. Use o modelo $P=I^2R$ prescrito pela questão; isto não é uma afirmação geral de que toda entrada elétrica num motor real em funcionamento seja aquecimento por resistência. Potência e resistência fornecem corrente; corrente e tempo fornecem carga.
Compare classificações de potência — escrito pelo professor. Dois dispositivos transferem a mesma 120 kJ de energia de entrada a potências constantes 1.0 kW e 2.0 kW. Converta 120 kJ para 120 000 J e kW para W antes de usar $t=E/P$.
A linha mais íngreme transfere energia mais rápido. Os pontos extremos mostram energia igual, com tempos diferentes.
No mesmo tempo de execução, o dispositivo de 2.0 kW transfere o dobro da energia. Para a mesma energia de entrada declarada, leva metade do tempo. Uma classificação maior sozinha não prova um maior consumo total de energia ou custo para um trabalho: duração e, para saída útil, eficiência importam. Para o mesmo material e quantidade de água, uma maior potência de aquecimento útil eleva a temperatura mais rápido quando as perdas são comparáveis.
2.7
A Rede Elétrica Nacional
Programa
A Rede Elétrica Nacional (AQA 8463 declaração 4.2.4.3).
Descreva a Rede Elétrica Nacional como um sistema de cabos e transformadores que liga usinas geradoras aos consumidores.
Afirme que transformadores elevadores aumentam a diferença de potencial de transmissão e transformadores redutores a diminuem para uso doméstico.
Explique por que a Rede Elétrica Nacional é uma forma eficiente de transferir energia, usando P = VI e a perda de potência nos cabos P = I^2 R.
Fonte: Programa Cambridge International
A Rede Nacional transfere energia elétrica das centrais elétricas aos consumidores através de cabos e transformadores.
As setas mostram a rota de transferência de energia do sistema, não fios de circuito individuais.
Um transformador elevador aumenta a dp antes da transmissão. Para a mesma potência entrando na linha, uma dp de envio mais alta significa uma corrente menor: $I=P_{\text{in}}/V$. Com a mesma resistência do cabo, a perda de aquecimento $P_{\text{loss}}=I^2R$ é menor. Mais da energia de entrada chega aos consumidores, aumentando a eficiência. A perda é reduzida, não eliminada.
Um transformador redutor diminui a dp de transmissão para os consumidores; eletrodomésticos do Reino Unido usam cerca de 230 V. Este é um valor mais baixo e adequado que a dp de transmissão; ainda pode causar choque elétrico perigoso. Construção e operação de transformadores são ensinadas no tópico 4.7; esta seção explica seus papéis em nível de sistema.
Explicação de exame real — AQA Junho 2022 8463/1H Q06.1–06.2. A prova coloca o transformador X antes dos cabos de transmissão aéreos e Y antes dos consumidores. X aumenta a dp, reduz a corrente, reduz a transferência de aquecimento para o ambiente e aumenta a eficiência da transmissão. Y reduz a dp para um valor mais seguro para os consumidores. Não substitua a explicação de X apenas por “é mais eficiente”: declare a cadeia física.
Compare duas diferenças de potencial de envio
Comparação simplificada escrita pelo professor. Mantenha a potência de entrada no extremo de envio em 500 kW e a resistência total do cabo em 2.0 Ω. Compare a dp de envio de 10 kV com 20 kV. Use um modelo resistivo simplificado de linha única e transformadores ideais; isto não é um cálculo da rede trifásica real do Reino Unido. Converta kW e kV para W e V.
Dobrar a tensão de transmissão reduz a corrente à metade e as perdas no cabo a um quarto. A potência de entrada permanece inalterada; a potência de saída aumenta porque há menos perdas. Um cálculo de corrente e resistência determina as perdas, mas não fornece eficiência por si só: é necessária também a potência ou energia total de entrada.
Comparação da Folha 2.7. Em 2000 A através de 40 Ω, $P_{\text{loss}}=I^2R=(2000\ \text{A})^2\times40\ \Omega=1.6\times10^8\ \text{W}$. Em 500 A através da mesma resistência, $P_{\text{loss}}=I^2R=(500\ \text{A})^2\times40\ \Omega=1.0\times10^7\ \text{W}$. A corrente é um quarto, então a perda é um décimo-sexto. Sem entrada declarada, não afirme que essas perdas representam uma pequena porcentagem do total.
Cálculo de eficiência real — AQA Junho2023 8463/1H Q01.5. A energia de entrada é 34.2 GJ e a eficiência é 0.992. Use $\eta=E_{\text{useful}}/E_{\text{in}}$ e reorganize antes de substituir. Ambas as energias usam GJ aqui, então a razão não precisa de conversão para J.
Eletricidade estática, apenas física (AQA 8463 declaração 4.2.5).
Explique que esfregar materiais isolantes transfere elétrons, resultando em cargas iguais e opostas.
Descreva as forças entre objetos carregados: cargas iguais se repelem, cargas opostas se atraem, como força sem contato.
Descreva a produção de eletricidade estática e faíscas por atrito de superfícies.
Desenhe o padrão do campo elétrico de uma esfera isolada carregada.
Explique o conceito de campo elétrico e como ele justifica a força sem contato entre cargas e a formação de faíscas.
Fonte: Programa Cambridge International
Ao esfregar dois materiais isolantes juntos, elétrons — cargas negativas — são transferidos de um para o outro:
O material que ganha elétrons fica negativamente carregado;
O material que perde elétrons fica com uma carga positiva igual.
Objetos carregados exercem forças sem contato: cargas iguais se repelem; cargas opostas se atraem — uma força não de contato. Uma grande diferença de potencial pode criar um forte campo elétrico sobre uma pequena distância de ar. Se o campo for suficientemente intenso, o ar torna-se condutor (ruptura dielétrica), e a carga flui brevemente pela lacuna como um faísca. Um condutor aterrado pode receber uma faísca; aterramento não remove uma fonte de alta tensão próxima.
Um objeto carregado cria um campo elétrico ao seu redor: uma região onde outra carga sente uma força.
Elétrons movem-se; o campo indica a força. O campo é mais intenso perto do objeto e mais fraco à distância.
Você deve desenhar o padrão do campo para uma esfera isolada carregada: linhas radiais retas apontando para fora de uma carga positiva (ou para dentro de uma negativa), com espaçamento maior conforme se afastam da esfera.
Vincule a explicação a questões reais de exame
AQA Junho 2022 8463/1H Q05.1: elétrons movem-se do pano para a haste; como os elétrons são negativos, o pano fica com excesso de carga positiva. Não descreva a transferência de carga positiva. Q05.4: a alta dp pode causar ruptura do ar; elétrons fluem pelo ar da haste negativa para o condutor aterrado.
AQA Junho 2024 8463/1H Q04.1–04.3: elétrons transferem-se para a aluna, seus cabelos ganham a mesma carga negativa e cargas iguais se repelem. O campo elétrico é uma região onde outro objeto carregado experimenta uma força; sua intensidade diminui com a distância.
Q04.4: uma faísca transfere 0.60 J com 2.0 microcoulombs de carga. Converta $Q=2.0\times10^{-6}\ \mathrm{C}$. Escolha $E=QV$ e reorganize:
Extensão de objeto neutro para a Folha 2.8. Uma haste carregada pode atrair papel neutro porque separa ligeiramente as cargas positiva e negativa dentro do papel. As cargas opostas mais próximas sentem atração mais forte do que a repulsão das cargas iguais mais distantes. Em uma parede isolante, cargas ligadas se deslocam levemente; não assuma que elétrons fluam livremente por ela. A atração sozinha não prova cargas líquidas opostas. Na questão da haste da folha, todas as hastes são declaradas carregadas, então aplica-se a regra de cargas opostas.
2.8
Lista de verificação antes de considerar este tópico concluído
Desenhe os símbolos padrão; coloque amperímetros em série, voltímetros em paralelo.
Use $Q = It$, $V = IR$, $P = VI$, $P = I^2R$, $E = Pt$, $E = QV$ — escolhidos entre as palavras da questão.
Descreva RP3: $R \propto L$, controles, verificação de interceptação e aquecimento; RP4: circuitos e formas I–V.
Enuncie regras de corrente, tensão e resistência em série/paralelo; explique as tendências de resistência.
Lembre-se da rede elétrica: 230 V, 50 Hz, ca; cores dos fios e funções; explique perigos do fio fase.
Explique a eficiência da Rede Nacional com $P = I^2R$.
(física apenas) Explique o carregamento por atrito com elétrons e desenhe o campo radial de uma esfera carregada.
Erros comuns
Dizer que a corrente é consumida por uma lâmpada. Em um circuito em série, a corrente é a mesma em todos os pontos; a energia é transferida, não a carga.
Somar resistores em paralelo como se estivessem em série. Dois resistores em paralelo têm resistência total menor que o menor deles.
Colocar o voltímetro em série ou o amperímetro em paralelo. Amperímetro no circuito; voltímetro sobre o componente.
Deixar a corrente em mA ou o tempo em minutos: $75\ \text{mA} = 0.075\ \text{A}$, $30\ \text{min} = 1800\ \text{s}$.
Confundir potência e energia. $P = VI$ dá watts; você precisa de $E = Pt$ ou $E = QV$ para joules.
Inverter tendências do sensor. A resistência de um termistor diminui com o aumento da temperatura; a de um LDR diminui com o aumento da intensidade luminosa.
Dizer que o fio terra carrega corrente o tempo todo. Ele só carrega corrente se uma falha conectar o fio fase à carcaça metálica.