Eletricidade e magnetismo
Eletricidade é carga em movimento, guiada por diferença de potencial e resistida por cada componente — e toda corrente gera um campo magnético. O maior tópico da OxfordAQA constrói a ferramenta de circuitos, os comportamentos dos componentes e os eletroímãs resultantes.
OxfordAQA International GCSE Física 9203, tópico 3.5 (Versão 5.1). As afirmações marcadas (P) são apenas da Prova-2.
Circuitos elétricos
Os metais conduzem porque possuem elétrons livres; (P) um desequilíbrio de carga isolado é eletricidade estática, descarregado quando surge um caminho condutor (raio). A corrente é a taxa de fluxo de carga:
Tensão impulsiona a carga no circuito; diferença de potencial através de um componente mede a energia transferida por unidade de carga (volts = joules por coulomb). Aprenda os símbolos padrão — chave, lâmpada, fusível, célula, bateria, diodo, resistor, resistor variável, termistor, LDR, LED, amperímetro e voltímetro.
Em temperatura constante, o gráfico V–I de um resistor é uma linha reta (ohmico); uma lâmpada incandescente curva conforme seus íons vibram mais com o calor; um diodo conduz apenas no sentido direto; (P) a resistência do termistor diminui com o aumento da temperatura (termostatos); a LDR diminui com o aumento da luz (iluminação automática); um LED emite luz no sentido direto e economiza energia versus lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas.
Série: mesma corrente, d.p.s divididas, resistências somam. Paralelo: mesma d.p., correntes se dividem, resistência combinada menor que qualquer uma individual. Carga colidindo com a rede aquece todos os resistores.
Exemplo resolvido. Uma lâmpada de 230 V consome 0.25 A: $R = 230/0.25 = 920\ \Omega$. Dois resistores de 4 Ω em série sob 12 V percorrem $I = 12/8 = 1.5$ A; em paralelo, $R = 2\ \Omega$ e a fonte fornece $I = 12/2 = 6$ A.
Magnetismo e eletromagnetismo
Pólos: iguais repelem, opostos atraem — forças sem contato. Linhas de campo vão de N a S fora do ímã; pólos opostos face a face geram um campo uniforme entre eles. Um ímã induzido atrai enquanto está no campo e perde magnetização ao ser removido; o campo terrestre permite que uma bússola de navegação funcione.
Um fio com corrente tem linhas de campo circulares ao seu redor (corrente maior → campo mais forte; inversão da corrente → inversão da direção). Um solenoide concentra o campo; com núcleo de ferro mole torna-se um eletroímã — acionável, ajustável, usado em guindastes de sucata, relés e fechaduras. Prática exigida: fatores que determinam a força de um eletroímã.
*Solenoide com núcleo de ferro mole: o campo do eletroímã é o de um ímã em barra, mas comutável.
Verifique você mesmo
- Por que os metais conduzem?
- Enuncie a relação entre corrente, carga e tempo com unidades.
- Calcule a carga que flui quando 2 A passa por 30 s.
- Enuncie a forma V-I para um resistor à temperatura constante e para uma lâmpada de filamento.
- (P) O que acontece com a resistência de um termistor quando a temperatura aumenta?
- Enuncie as regras da corrente e da d.d.p. para ligações em série e em paralelo.
- Calcule R para uma fonte de 12 V que produz 0.5 A.
- Enuncie a regra dos polos e a direção das linhas de campo fora de um ímã.
- O que é um ímã induzido?
- Cite duas formas de intensificar um eletroímã.
Respostas: 1 eles contêm elétrons livres que se deslocam quando uma d.d.p. é aplicada; 2 Q = It, carga em coulombs = corrente em amperes × tempo em segundos; 3 Q = 2 × 30 = 60 C; 4 linha reta pela origem; curva em S que se achatou conforme a corrente (e assim a temperatura) aumenta; 5 (P) ela diminui — usado em termostatos; 6 série — mesma corrente em todos os pontos, d.d.p.s somam-se; paralelo — mesma d.d.p. nos ramos, correntes somam-se; 7 R = 12/0.5 = 24 Ω; 8 polos iguais repelem, diferentes atraem; de N a S fora do ímã; 9 material magnético que se torna ímã apenas enquanto está num campo — atração apenas, perdendo a maior parte da magnetização ao ser removido; 10 mais espiras na bobina; maior corrente (também núcleo de ferro mole).