A energia que não se vê
Pressione um interruptor e uma sala acende. Entre a central elétrica e a lâmpada estão todos os elementos desta secção: como a fiação doméstica o mantém seguro, como a tensão conduz a corrente nos circuitos e — (P) — como elétrons transferidos por atrito geram cargas que atraem, repelem e às vezes provocam faíscas.
Edexcel International GCSE Física 4PH1, Secção 2 (afirmações 2.1–2.28P). Unidades: ampere (A), coulomb (C), joule (J), ohm (Ω), volt (V), watt (W). As afirmações com P são a extensão exclusiva de Física, avaliadas na Prova 2P.
Eletricidade da rede
A eletricidade da rede é corrente alternada (c.a.) — a direção inverte-se várias vezes por segundo; uma célula fornece corrente contínua (c.c.) — apenas numa direção.
Segurança: isolamento nos fios; isolamento duplo (carcaça plástica, sem terra necessária); ligação à terra (um caminho de baixa resistência para que uma corrente de falha dispare o fusível); fusíveis e disjuntores (derretem ou desarmam com excesso de corrente, protegendo a fiação e as pessoas). A corrente num resistor transfere energia elétrica para energia térmica — o princípio de chaleiras e aquecedores, e a razão pela qual as classificações dos fusíveis importam:
Verificação resolvida (escolha do fusível). Um aquecedor de 230 V e 1.15 kW consome $I = P/V = 1150/230 = 5$ A — instale um fusível de 13 A (a próxima classificação padrão acima da corrente); um fusível de 3 A dispararia no uso normal.
Circuitos
Série adequa-se a cadeias (interruptores, amperímetros, luzes de Natal) — a mesma corrente em todo lugar, tensões somam e uma falha interrompe tudo. Paralelo adequa-se à iluminação doméstica — cada lâmpada recebe a tensão total da fonte, funciona independentemente e as correntes somam nas junções (a carga é conservada numa junção).
A corrente é um fluxo de elétrons negativamente carregados em metais. A tensão é a energia transferida por unidade de carga (1 V = 1 J/C). Dois resistores em série: $R = R_1 + R_2$; em paralelo a resistência combinada é menor que qualquer um isoladamente.
Características I–V: um fio dá uma linha reta pela origem (resistência constante); uma lâmpada de filamento curva-se conforme o aquecimento eleva sua resistência; um diodo conduz em apenas uma direção. LDRs: resistência cai conforme a luz aumenta. Termistores: resistência cai conforme a temperatura sobe (ou sobe ao esfriar — usados em sensores de temperatura). Lâmpadas e LEDs indicam a corrente.
Verificação resolvida. Dois resistores, 4 Ω e 6 Ω, em série entre 10 V: total 10 Ω, $I = 10/10 = 1$ A; tensões 4 V e 6 V. Em paralelo entre 10 V: cada ramo consome 10/4 = 2.5 A e 10/6 ≈ 1.67 A — total ≈ 4.17 A, resistência equivalente ≈ 2.4 Ω (menor que qualquer um).
Carga elétrica (P)
Condutores (metais) permitem o fluxo de carga; isolantes (plásticos) não.
Ao esfregar um isolante, transferem-se elétrons: o que perde fica positivo, o que ganha negativo — prótons nunca se movem. Cargas opostas atraem; cargas iguais repelem. Uma barra carregada atrai papel neutro porque induz separação de cargas. Perigos: faíscas ao abastecer aviões e tanques — cabos de aterramento dissipam a carga com segurança. Usos: fotocopiadoras e impressoras jato de tinta direcionam toner ou gotículas carregadas.
Verifique você mesmo
- Diferencie corrente alternada (c.a.) e contínua (c.d.) e cite uma fonte para cada uma.
- Explique como o aterramento e um fusível atuam juntos para proteger um usuário.
- Um chuveiro elétrico de 230 V tem potência de 2.0 kW. Calcule a corrente e o melhor fusível.
- Cite duas razões pelas quais a iluminação residencial é ligada em paralelo.
- Descreva as formas da curva I–V para um fio, uma lâmpada incandescente e um diodo.
- O que acontece com a resistência de um LDR sob luz intensa?
- Defina tensão elétrica em termos de energia e carga.
- Calcule a carga elétrica que passa quando 2 A fluem por 30 s.
- (P) Explique como o atrito de uma haste de polietileno com um pano a torna negativa.
- (P) Cite um perigo e uma aplicação da eletricidade estática.
Respostas: 1 c.a. inverte a direção repetidamente — a rede elétrica; c.c. flui em uma única direção — uma célula ou bateria; 2 o fio terra oferece um caminho de baixa resistência, então a grande corrente de falha flui para a terra e funde o fusível, cortando o fornecimento antes que um usuário toque na carcaça energizada; 3 $I = 2000/230 = 8.7$ A — um fusível de 13 A; 4 cada lâmpada recebe a tensão total da rede; uma lâmpada queimada deixa as outras funcionando (e permite controle independente dos interruptores); 5 linha reta pela origem; curva em S (inclinação diminui ao aquecer); zero até um limiar de avanço depois íngreme (uma direção); 6 ele cai; 7 tensão é a energia transferida por unidade de carga (1 volt = 1 joule por coulomb); 8 $Q = 2 \times 30 = 60$ C; 9 (P) o atrito transfere elétrons do pano para a haste — a haste ganha elétrons e torna-se negativa, o pano positivo; 10 (P) perigo — faíscas durante abastecimento de aviões/tanques; uso — fotocopiadora ou impressora jato de tinta.