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mA 5,0 µA = _____________ mA 250 µA = _______________ nA 0,03 mA = ____________ µA 1200 nA = ______________ µA g) Que partículas se movimentam nos materiais sólidos, dando origem à corrente elétrica? h) A intensidade da corrente elétrica de um relâmpago é maior se a ddp entre as nuvens é maior ou menor? i) Qual é a condição para que uma corrente elétrica seja denominada de corrente contínua (CC)? Eletricidade Circuitos Elétricos Empregamos a eletricidade das mais diversas formas. A partir da energia elétrica movimentam-se motores, acendem-se luzes, produz-se calor... Embora os efeitos sejam os mais diversos, todas as aplicações da eletricidade têm um ponto em comum: implicam na existência de um circuito elétrico. Portanto, o circuito elétrico é indispensável para que a energia elétrica possa ser utilizada. Conhecer e compreender suas características é fundamental para assimilar os próximos conteúdos a serem estudados. Este capítulo vai tratar das particularidades e das funções dos componentes do circuito elétrico. Ao estudá-lo, você será capaz de reconhecer um circuito elétrico, identificar seus componentes e representá-los com símbolos. Para acompanhar bem os conteúdos e atividades deste capítulo, é preciso que você já conheça a estrutura da matéria; corrente e resistência elétrica. Materiais Condutores Os materiais condutores caracterizam-se por permitirem a existência de corrente elétrica toda a vez que se aplica uma ddp entre suas extremidades. Eles são empregados em todos os dispositivos e equipamentos elétricos e eletrônicos. Circuitos Elétricos 39 Eletricidade Existem materiais sólidos, líquidos e gasosos que são condutores elétricos. Entretanto, na área da eletricidade e eletrônica, os materiais sólidos são os mais importantes. As cargas elétricas que se movimentam no interior dos materiais sólidos são os elétrons livres. com ddp sem ddp Como já vimos, os elétrons livres que se movimentam ordenadamente formam a corrente elétrica. O que faz um material sólido ser condutor de eletricidade é a intensidade de atração entre o núcleo e os elétrons livres. Assim, quanto menor for a atração, maior será sua capacidade de deixar fluir a corrente elétrica. Os metais são excelentes condutores de corrente elétrica, porque os elétrons da última camada da eletrosfera (elétrons de valência) estão fracamente ligados ao núcleo do átomo. Por causa disso, desprendem-se com facilidade o que permite seu movimento ordenado. Vamos tomar como exemplo a estrutura atômica do cobre. Cada átomo de cobre tem 29 elétrons; desses apenas um encontra-se na última camada. Esse elétron desprende-se do núcleo do átomo e vaga livremente no interior do material. A estrutura química do cobre compõe-se, pois, de numerosos núcleos fixos, rodeados por elétrons livres que se movimentam intensamente de um núcleo para o outro. estrutura do cobre Circuitos Elétricos 40 Eletricidade A intensa mobilidade ou liberdade de movimentação dos elétrons no interior da estrutura química do cobre faz dele um material de grande condutividade elétrica. Assim, os bons condutores são também materiais com baixa resistência elétrica. O quadro a seguir mostra, em ordem crescente, a resistência elétrica de alguns materiais condutores. resistência prata cobre ouro alumínio constantan níquel-cromo Depois da prata, o cobre é considerado o melhor condutor elétrico. Ele é o metal mais usado na fabricação de condutores para instalações elétricas. Materiais Isolantes Materiais isolantes são os que apresentam forte oposição à circulação de corrente elétrica no interior de sua estrutura. Isso acontece porque os elétrons livres dos átomos que compõem a estrutura química dos materiais isolantes são fortemente ligados a seus núcleos e dificilmente são liberados para a circulação. A estrutura atômica dos materiais isolantes compõe-se de átomos com cinco ou mais elétrons na última camada energética. nitrogênio (N) enxofre (S) Em condições anormais, um material isolante pode tornar-se condutor. Esse fenômeno chama-se ruptura dielétrica. Ocorre quando grande quantidade de energia transforma um material normalmente isolante em condutor. Essa carga de energia aplicada ao material é tão elevada que os elétrons, normalmente presos aos núcleos dos átomos, são arrancados das órbitas, provocando a circulação de corrente. A formação de faíscas no desligamento de um interruptor elétrico é um exemplo típico de ruptura dielétrica. A tensão elevada entre os contatos no momento da abertura fornece uma grande quantidade de energia que provoca a ruptura dielétrica do ar, gerando a faísca. Circuitos Elétricos 41 Eletricidade Circuito Elétrico O circuito elétrico é o caminho fechado por onde circula a corrente elétrica. Dependendo do efeito desejado, o circuito elétrico pode fazer a eletricidade assumir as mais diversas formas: luz, som, calor, movimento. O circuito elétrico mais simples que se pode montar constitui-se de três componentes: • fonte geradora; • carga; • condutores. circuito elétrico corrente elétrica carga condutor fonte geradora Todo o circuito elétrico necessita de uma fonte geradora. A fonte geradora fornece a tensão necessária à existência de corrente elétrica. A bateria, a pilha e o alternador são exemplos de fontes geradoras. A carga é também chamada de consumidor ou receptor de energia elétrica. É o componente do circuito elétrico que transforma a energia elétrica fornecida pela fonte geradora em outro tipo de energia. Essa energia pode ser mecânica, luminosa, térmica, sonora. Exemplos de cargas são as lâmpadas que transformam energia elétrica em energia luminosa; o motor que transforma energia elétrica em energia mecânica; o rádio que transforma energia elétrica em sonora. Observação Um circuito elétrico pode ter uma ou mais cargas associadas. Os condutores são o elo de ligação entre a fonte geradora e a carga. Servem de meio de transporte da corrente elétrica. Uma lâmpada, ligada por condutores a uma pilha, é um exemplo típico de circuito elétrico simples, formado por três componentes. Circuitos Elétricos 42 Eletricidade Circuitos Elétricos 43 circuito elétrico corrente elétrica carga condutor fonte geradora A lâmpada traz no seu interior uma resistência, chamada filamento. Ao ser percorrida pela corrente elétrica, essa resistência fica incandescente e gera luz. O filamento recebe a tensão através dos terminais de ligação. E quando se liga a lâmpada à pilha, por meio de condutores, forma-se um circuito elétrico. Os elétrons, em excesso no pólo negativo da pilha, movimentam-se pelo condutor e pelo filamento da lâmpada, em direção ao pólo positivo da pilha. A figura a seguir ilustra o movimento dos elétrons livres. Esses elétrons saem do pólo negativo, passam pela lâmpada e dirigem-se ao pólo positivo da pilha. falta de elétrons + excesso de elétrons Enquanto a pilha for capaz de manter o excesso de elétrons no pólo negativo e a falta de elétrons no pólo positivo, haverá corrente elétrica no circuito; e a lâmpada continuará acesa. Além da fonte geradora, do consumidor e condutor, o circuito elétrico possui um componente adicional chamado de interruptor ou chave. A função desse componente é comandar o funcionamento dos circuitos elétricos.