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.
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Leia também: Afinal, o que é carga elétrica?
Tópicos deste artigo
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.
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Principais fórmulas da eletricidade
→ Carga elétrica
\(Q=n \cdot e\)
- 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
\(\vec{F} = k \cdot \frac{|Q_1| \cdot |Q_2|}{d^2}
\)
- \(\vec{F}\) → 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
\(V_A = \frac{W_{AB}}{q}
\)
- VA → potencial elétrico no ponto A, medido em Volts [V].
- WAB → 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
\(\vec{F} = |q| \cdot \vec{E}
\)
- \(\vec{F}\) → 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
\(\vec{E} = k \cdot \frac{|Q|}{d^2}\)
- \(\vec{E}
\) → 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
\(E_P = k \cdot \frac{|Q| \cdot |q|}{d} = q \cdot V
\)
- EP → 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
\(U=V_B-V_A\)
- U → diferença de potencial elétrico (ddp), medida em Volts [V].
- VA → potencial elétrico no ponto A, medido em Volts [V].
- VB → potencial elétrico no ponto B, medido em Volts [V].
→ Corrente elétrica
\(U=R \cdot i\)
- 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:
\(P = \frac{E}{\Delta t}
\)
\(1200 = \frac{E}{150}
\)
\(E=1200 \cdot 150\)
\(E=180 \ 000 \ Wh\)
\(E=180 \ kWh\)
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.
