O que é eletricidade?

Afinal, o que é eletricidade? A eletricidade é a área da Física cujo objeto de estudo são os fenômenos relacionados ao movimento ou repouso das cargas elétricas. Na eletricidade estudamos a respeito da carga elétrica, força elétrica, campo elétrico, potencial elétrico, energia potencial elétrica, potência elétrica, diferença de potencial elétrico, resistência elétrica e corrente elétrica.

Leia também: Afinal, o que é carga elétrica?

Resumo sobre eletricidade

• A eletricidade é a área da Física cujo objeto de estudo são os fenômenos relacionados ao movimento ou repouso das cargas elétricas.
• A eletricidade pode ser classificada como estática e dinâmica.
• Serve para que os automóveis, aeronaves, dispositivos elétricos, eletrodomésticos e eletrônicos funcionem.
• É usada para o funcionamento de todos os automóveis, aeronaves e dispositivos elétricos e eletrodomésticos, como geladeiras, televisores, fogões, celulares; para a iluminação pública ou privada; para estudos da qualidade da água e do esgoto; e muito mais.
• A eletricidade funciona por meio do fenômeno da indução eletromagnética.
• No Antigo Egito, em meados 2750 a.C., houve as primeiras observações e descrições a respeito do peixe-elétrico.

Tipos de eletricidade

A eletricidade é a área da Física cujo objeto de estudo são os fenômenos relacionados ao movimento ou repouso das cargas elétricas. Os tipos de eletricidade são eletricidade estática e eletricidade dinâmica.

• Eletricidade estática: é aquela em que não temos fluxo de elétrons e ocorre em razão do excesso de cargas elétricas (positivas ou negativas) em uma superfície ou no interior de algum corpo.
• Eletricidade dinâmica: é aquela em que temos fluxo de elétrons pelos materiais condutores e é gerada por meio de diferentes fontes de energia, tais como solar, éolica, nuclear e outras.

Principais fórmulas da eletricidade

→ Carga elétrica

• Q  → carga elétrica total de um corpo, medida em Coulomb [C].
• n → quantidade de elétrons ou prótons em falta ou em excesso, medida em Coulomb [C].
• e  → carga elementar ou carga do elétron, cujo valor é ±1,6 ∙ 10^-19C , (positiva para prótons e negativa para elétrons).

→ Força elétrica ou lei de Coulomb

\(\vec{F} = k \cdot \frac{|Q_1| \cdot |Q_2|}{d^2} \)

• → força de interação entre as partículas eletricamente carregadas, medida em Newton [N].
• |Q1| e |Q2| → módulos das cargas das partículas, medidos em Coulomb [C].
• d → distância entre as cargas, medida em metros [m].
• k → constante eletrostática do meio, medida em (N ∙ m)² / C².

→ Potencial elétrico

\(V_A = \frac{W_{AB}}{q} \)

• V_A  → potencial elétrico no ponto A, medido em Volts [V].
• W_AB  → trabalho da força elétrica para deslocar uma carga do ponto A ao ponto B, medido em Joule [J].
• q → carga elétrica, medida em Coulomb [C].

→ Campo elétrico relacionado com a força elétrica

\(\vec{F} = |q| \cdot \vec{E} \)

•  → força de interação entre as partículas eletricamente carregadas, medida em Newton [N].
• q  → carga elétrica, medida em coulomb [C].
• \(\vec{E} \) → campo elétrico, medido em [N/C].

→ Campo elétrico

• \(\vec{E} \)  → campo elétrico, medido em Newton [N].
• |Q|  → módulo da carga da partícula geradora do campo, medido em Coulomb [C].
• d  → distância entre as cargas, medida em metros [m].
• k  → constante eletrostática do meio, medida em (N ∙ m)² / C².

→ Energia potencial elétrica

\(E_P = k \cdot \frac{|Q| \cdot |q|}{d} = q \cdot V \)

• E_P  → energia potencial elétrica, medida em Joule [J].
• |Q|  → módulo da carga elétrica fonte, medido em Coulomb [C].
• |q|  → módulo da carga elétrica de prova, medido em Coulomb [C].
• d  → distância entre as cargas, medida em metros [m].
• k  → constante eletrostática do meio, medida em (N ∙ m)² / C².
• q  → carga elétrica geradora, medida em coulomb [C].
• V  → potencial elétrico, medido em Volts [V].

→ Diferença de potencial elétrico ou tensão elétrica

• U  → diferença de potencial elétrico (ddp), medida em Volts [V].
• V_A  → potencial elétrico no ponto A, medido em Volts [V].
• V_B  → potencial elétrico no ponto B, medido em Volts [V].

→ Corrente elétrica

• U  → tensão elétrica, medida em Volt [V] .
• R  → resistência equivalente, medida em Ohm [Ω] .
• i  → corrente elétrica, medida em Ampère [A] .

→ Potência elétrica

\(P = R \cdot i^2 = \frac{U^2}{R} = i \cdot \Delta U = \frac{E}{\Delta t} \)

• P  → potência elétrica, medida em Watt [W].
• R  → resistência elétrica, medida em Ohm [Ω].
• i  → corrente elétrica, medida em Ampère [A].
• U  → tensão elétrica, medida em Volt [V].
• ∆U  → variação de tensão elétrica, também chamada de diferença de potencial elétrico, medida em Volt [V].
• P  → potência elétrica, medida em kilo Watt [kW].
• E  → energia, medida em kilo Watt por hora [kWh].
• t  → variação de tempo, medida em horas [h].

→ 1ª lei de Ohm

\(R = \frac{U}{i} \)

• U  → diferença de potencial (ddp), medida em Volts [V].
• R  → resistência elétrica, medida em Ohm [Ω].
• i  → corrente elétrica, medida em Ampère [A].

→ 2ª lei de Ohm

\(\rho = \frac{R \cdot A}{L} \)

• ρ  → resistividade do material, medida em [Ω ∙ m].
• R  → resistência elétrica, medida em Ohm [Ω].
• L  → comprimento do condutor, medido em metros [m].
• A  → área de secção transversal do condutor, medida em [m²].

Temas estudados em eletricidade

Existem muitos conceitos estudados na eletricidade, contudo, devido a sua extensão, abaixo estão descritos os principais conceitos do tema.

• Carga elétrica: propriedade física intrínseca às partículas subatômicas.
• Força elétrica: originada pela interação entre cargas elétricas, que pode ser atrativa ou repulsiva.
• Campo elétrico: região ao redor da carga elétrica na qual as cargas elétricas se interagem.
• Potencial elétrico: trabalho da força elétrica para conseguir movimentar uma carga elétrica de um ponto a outro. 
• Energia potencial elétrica: propriedade física que, para existir, necessita da interação entre cargas elétricas.  
• Potência elétrica: indica o consumo de energia elétrica pelo circuito elétrico em um intervalo de tempo.
• Diferença de potencial elétrico: é a quantidade de energia gerada por um gerador elétrico para que ocorra o movimento das cargas elétricas por um circuito elétrico.
• Resistência elétrica: propriedade física cuja função é impedir o fluxo da corrente elétrica através do circuito elétrico.
• Corrente elétrica: gerada por meio do fluxo de elétrons em um condutor associado a uma diferença de potencial elétrico.

e também: Eletromagnetismo — área da Física que estuda a eletricidade e o magnetismo simultaneamente

Para que serve a eletricidade?

A eletricidade é usada para o funcionamento de todos os automóveis, aeronaves e dispositivos elétricos, eletrônicos e eletrodomésticos, como geladeiras, televisores, fogões, celulares; para a iluminação pública ou privada; para estudos da qualidade da água e do esgoto; e muito mais.

Como funciona a eletricidade?

Uma das formas mais comuns de se produzir eletricidade é por meio do fenômeno da indução eletromagnética, que se utiliza do princípio de que sempre que variarmos e enquanto variarmos o fluxo magnético (aproximando um ímã de uma bobina, espira ou solenoide), produziremos uma força eletromotriz induzida que movimentará os elétrons e gerará uma corrente elétrica induzida.

Como a eletricidade surgiu?

No Antigo Egito, em meados 2750 a.C., houve as primeiras observações e descrições a respeito do peixe-elétrico. Contudo, os primeiros relatos de cunho científico sobre a eletricidade vieram do filósofo e matemático Tales de Mileto (625 a.C.-547 a.C), que observou que, ao atritar âmbar, essa resina era capaz de atrair pequenos corpos. Somente em 1660 que houve a primeira construção, pelo físico Otto Van Guericke (1602-1686), de uma máquina capaz de produzir cargas elétricas por meio do atrito.

Inúmeros físicos contribuiram para o desenvolvimento e estudo da eletricidade; contudo, os mais importantes foram Benjamin Franklin (1706-1790), que, em 1744, investiu no para-raios depois que descobriu que os raios são um fenômeno elétrico natural; Hans Christin Oersted (1777-1851), que, em 1820, descobriu a relação entre eletricidade e magnetismo; e Michael Faraday (1791-1867), juntamente de Joseph Henry (1797-1878), que, em 1831, descobriu o fenômeno da indução eletromagnética.

Qual a importância da eletricidade?

A eletricidade é de suma importância para a manutenção e evolução da vida terrestre devido a praticamente tudo ao nosso redor depender dela para o seu funcionamento.

Exercícios resolvidos sobre eletricidade

Questão 1

(PUC) Em um período de muito frio, um casal utiliza em seu quarto um aquecedor elétrico de potência nominal 1200 W ligado a 110 V. Mesmo ligado a noite toda, possui um termostático que o desliga automaticamente por certo período de tempo. Pode-se dizer que permanece utilizando a potência elétrica nominal por 5 horas por dia.

Sabendo que o custo do kWh é de R$ 0,40, durante o mês, qual seria o gasto com o aquecedor elétrico? (Considere que o valor do kWh  seja o total, já incluso impostos e taxas).

A) 180 Reais

B) 55 Reais

C) 25 Reais

D) 12 Reais

E) 72 Reais

Resolução:

Alternativa E.

Primeiramente calcularemos a quantidade de horas em que se usa o aquecedor, em um mês de 30 dias, multiplicando a quantidade de horas pelos dias:

5 horas diárias ∙ 30 dias = 150 horas

Depois, calcularemos o consumo de eletricidade usando a fórmula da potência elétrica:

\(P = \frac{E}{\Delta t} \)

\(1200 = \frac{E}{150} \)

Por fim, calcularemos o custo multiplicando o consumo pelo custo do kWh:

\(180 \cdot \text{R\$}\,0{,}40 = \text{R\$}\,72 \)

Questão 2

(Mackenzie) Uma carga elétrica puntiforme com q = 4,0 μC e que é colocada em um ponto P do vácuo fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 1,2 N. O campo elétrico nesse ponto P tem intensidade:

A) 3,0 ∙ 10⁵ N/C

B) 2,4 ∙ 10⁵ N/C

C) 1,2 ∙ 10⁵ N/C

D) 4,0 ∙ 10^-6 N/C

E) 4,8 ∙ 10^-6 N/C

Resolução:

Alternativa A.

Calcularemos o campo elétrico usando a fórmula que o relaciona à força elétrica:

\(\vec{F} = |\ \!q\! \ | \cdot \vec{E} \)

\(1{,}2 = |4{,}0 \, \mu| \cdot \vec{E} \)

Em que μ = 10^-6 , então, substituindo:

\(1{,}2 = 4{,}0 \cdot 10^{-6} \cdot \vec{E} \)

\(\vec{E} = \frac{1{,}2}{4{,}0 \cdot 10^{-6}} \)

\(\vec{E} = 0{,}3 \cdot 10^6 \)

\(\vec{E} = 3 \cdot 10^{-1} \cdot 10^6 \)

\(\vec{E} = 3 \cdot 10^{-1 + 6} \)

\(\vec{E} = 3 \cdot 10^5 \, \text{N/C} \)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Eletromagnetismo (vol. 3). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). Editora Blucher, 2015.