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Física

FÍSICA 01

LINHA DO TEMPO

História da Eletricidade, linha do tempo da Grécia antiga até o século XX

Conceito 

A eletricidade é mais ligada ao conceito de energia elétrica, que é a passagem ou transferência de cargas, mas claro que é bem mais complexo que isso. E não dá para dizer quando ela começou, já que a eletricidade sempre esteve por aí. Relâmpagos são descargas naturais da atmosfera na direção do solo, e homens das cavernas viram isso de um jeito bem visual com o descobrimento do fogo.

Uma das unidades básicas da composição da matéria, os átomos têm os prótons, que são cargas positivas, e os elétrons, que são as negativas. Em um sistema isolado, eles existem em quantidades iguais, mas os elétrons podem ganhar liberdade e se transferir de um corpo para o outro.

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Foto de Johannes Plenio no Pexels

Quando começamos a entender?​

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Filósofo grego chamado Tales de Mileto que, ao esfregar um âmbar a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar.

 Século VI a.C.

MATTEDE, Henrique. Conceitos de eletricidade: Quem inventou a eletricidade?. Mundo da Elétrica, 2014. Disponível em: https://www.mundodaeletrica.com.br/quem-inventou-a-eletricidade/. Acesso em 18 de março de 2021.

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Foi com William Gilbert que o estudo da eletricidade começou a avançar, inclusive sobre a resistência de certos materiais. A palavra "eletricidade" vem dos estudos dele e deriva do latim electrum, que significa âmbar. Além descobrir as afinidades e diferenças entre corpos elétricos e corpos magnéticos. 

 1600

ESTRADA, Roberto Cordovi. Gilbert. EcuRed, 2013. Disponível em: https://www.ecured.cu/Gilbert. Acesso em 18 de março de 2021.

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Mas quem colocou isso na prática foi Otto von Guericke que construiu a primeira máquina eletrostática que servia como gerador: uma bola de enxofre que gerava atrito com terra seca.

 1650

TECMUNDO. A história da eletricidade e de cientistas que mudaram o mundo. 2017. Disponível em: https://www.tecmundo.com.br/ciencia/122576-historia-eletricidade-cientistas-mudaram-mundo-video.htm. Acesso em 18 de março de 2021.

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Alessandro Volta descobriu que as contrações eram causadas pelos metais nos nervos e nos músculos, e que o sistema nervoso usa conexões elétricas para enviar sinais ao corpo. Criou também a primeira pilha voltaica que eram literalmente placas de cobre e zinco empilhadas, separadas por tecidos molhados com ácido. Foi a primeira vez que uma carga elétrica constante foi produzida.

O sobrenome dele batizou o “volt”, a unidade de tensão elétrica. Ele ainda descobriu que a energia podia ser transmitida ao ligarmos conectores de cargas positiva com negativa.

1800

VARELA, José. La primera pila eléctrica. El “gigante” Volta. A hombros de gigantes. Ciencia y tecnología, 2016. Disponível em: https://ahombrosdegigantescienciaytecnologia.wordpress.com/2016/03/05/la-primera-pila-electrica-el-gigante-volta/. Acesso em 18 de março de 2021.

Humphry Davy separa eletronicamente o sódio e o potássio, com experimento sobre decomposição da água em um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio

1802

DOCOETZEE, Deco. Файл: Sir Humphry Davy, Bt por Sir Thomas Lawrence. Disponível em: https://bg.m.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Sir_Humphry_Davy,_Bt_by_Sir_Thomas_Lawrence.jpg. Acesso em 18 de março de 2021.

Michael  Faraday, um cientista britânico, responsável por estudos nos ramos da química e física. Faraday foi um dos primeiros no estudo da ligação entre Eletricidade e Magnetismo entre 1821, o que rendeu a ele conhecimento suficiente sobre a Rotação eletromagnética, o primórdio por trás do funcionamento do motor elétrico. 10 anos depois esse cientista obteve conhecimento suficiente para os estudos que mais tarde seriam chamados de eletrodinâmica e eletromagnetismo.

1821

CURADO, Adriano. Lei de Faraday, o que é, contexto histórico e contribuições à humanidade. Conhecimento Científico, 2019. Disponível em: https://conhecimentocientifico.r7.com/lei-de-faraday/. Acesso em 18 de março de 2021.

Faraday, desenvolveu a básica da eletroquímica e na física ele descobriu o campo magnético e o campo elétrico, assim ele desvendou conhecimentos sobre como o campo magnético poderia gerar uma eletricidade capaz de gerar eletricidade. Tal experimento consiste na utilização de uma espiral, um imã e um um fio, tais conexões são exemplificado na Figura - X, o imã é movimentado na vertical gerando um campo magnético que passa por dentro da espiral, ou o contrário, tal movimento cria uma corrente elétrica. Desse modo, Michael criou as primeiras bobinas de geração de eletricidade, o princípio que hoje rege a grande parte das usinas de energia.

1831

SAAD, Foud A. Electromagnetic Induction. Shutterstock, [2003]. Disponível em: https://www.shutterstock.com/pt/image-vector/electromagnetic-induction-220981027. Acesso em 18 de março de 2021.

A partir da fama de Volta, criou -se pilhas eficientes em 1836 por John Frederic Daniell e por Georges Leclanché. Ainda houve a criação da bateria recarregável de Raymond-Louis-Gaston Planté.

1836

FIGUIER, Louis. Figuier - Les merveilles de la science, 1867-1891, Volume 5.djvu.  Science Learn, 2017. Disponível em: https://www.sciencelearn.org.nz/images/2631-early-rechargeable-battery-experiments . Acesso em 19 de março de 2021.

Para ocorrer a distribuição de energia, foram criados inicialmente condutores de ferro, depois os de cobre e finalmente, em 1850, já se fabricavam os fios cobertos por uma camada isolante de guta-percha vulcanizada, ou uma camada de pano.

1850

MENINA DA ELÉTRICA. A questão do cabo, 2012. Disponível em: https://engfabianamendes.wordpress.com/2012/03/30/49/. Acesso em 19 de março de 2021. 

A Publicação do tratado sobre eletricidade e magnetismo, de James Clerk Maxwell, representa um enorme avanço no estudo do eletromagnetismo. A luz passa a ser estendida como onda eletromagnética, uma onde que consiste de campos elétricos e magnéticos perpendiculares à direção de sua propagação.

1873

BIANCHETTI,  Stefano. Portrait of James Clerk Maxwell (retrato de James Clerk Maxwell). Cobis Historical, [190-].  Disponível em: https://www.gettyimages.com.br/fotos/james-clerk-maxwell?phrase=james%20clerk%20maxwell&sort=mostpopular. Acesso em 19 de março de 2021. 

Heinrich Hertz, em suas experiências realizadas, estuda as propriedades das onde eletromagnéticas geradas por uma bobina de indução; nessas experiências observa que se refletidas, refratadas e polarizadas, do mesmo modo que a luz. Com o trabalho de Hertz fica demonstrado que as ondas de radio e as de luz são ambas ondas eletromagnéticas, desse modo confirmando as teorias de Maxwell; as ondas de radio e as ondas luminosas diferem apenas na sua freqüência.

1885

FRASER, Eric. GPO Hertz's Radio Set 1886. AntikBar - Original Vintage Posters, 1930. Disponível em: https://www.barnebys.com/auctions/lot/gpo-hertz-s-radio-set-1886-eric-fraser-4rcvhegmp. Acesso em 19 de março de 2021.

Hertz não explorou as possibilidades práticas abertas por suas experiências; mais de dez anos se passam, até Guglielmo Marconi utilizar as ondas de radio no seu telegrafo sem fio. A primeira mensagem de radio é transmitida através do Atlântico em 1901. Todas essas experiências vieram abrir novos caminhos para a progressiva utilização dos fenômenos elétricos sem praticamente todas as atividades do homem.

1901

JACOT, B.L.; COLLIER, D.M.B. Marconi, senhor do espaço. Rio de Janeiro: Vecchi, 1940. p. 112A. Disponível em: http://www.radionors.jor.br/2013/04/porque-marconi-aparece-como-o-pai-do.html. Acesso em 19 de março de 2021.

EXPERIMENTOS 


SANTANA, Thamiris. RODRIGUES, Lara. PEREIRA, Bruna. ALVES, Isabela; Eletrostática, 2021. vídeo {02:45}


CAMPECHE, Guilherme; COMPER, Gabriel; JUAN, Matheus; WILLEMS, Pablo; GROPPO, Emiliano; Experimento Eletrostática, 2021. vídeo {00:47}


SALES, João Vitor; LIMA; Lis Fabiane; SILVA, Everton; LOPES, Helen; SILVA, Esther; SALES, Breno Cassio ; Experimento Eletrostática, 2021. vídeo {02:09}

Experimentos
Capacitor

CAPACITOR 

História do capacitor


CAMPECHE, Guilherme; COMPER, Gabriel; JUAN, Matheus; WILLEMS, Pablo; GROPPO, Emiliano; Mapa conceitual da história do capacitor, 2021. 

História dos Capacitores

Capacitor é todo dispositivo que armazena carga elétrica num campo elétrico. A origem do aparelho está no experimento da garrafa de Leiden (imagem 1), feita em 1745, que visava desvendar os segredos dos fenômenos eletrostáticos.

A experiência que conduziu à garrafa de Leiden era realizada com a máquina eletrostática, um varão de ferro suspenso do teto na horizontal por fios de seda e uma garrafa de vidro com água. A máquina era composta por uma roda com manivela ligada por uma correia a um globo de vidro que podia rodar em torno de um eixo.

Em 1745, o físico alemão Ewald Georg von Kleist (1700 - 1748), observou a possibilidade de armazenamento de energia através da conexão de um gerador a uma jarra de vidro com água (que ele estava segurando) por intermédio de um fio. A mão de Von Kleist e a água agiram como condutores, e a jarra como um dielétrico (material que impede o fluxo ordenado de elétrons). Depois da remoção do gerador e tocando no fio em seguida, resulta-se em um choque.

O estadunidense Benjamin Franklin (1706 - 1790) ao posteriormente investigar o experimento da garrafa de Leiden percebeu que o armazenamento das cargas estava localizado no vidro e não na água. A observação foi efetuada ao trocar o vidro por outro material condutor: o cobre.

Após os experimentos e evoluções da garrafa de Leiden, os capacitores evoluíram com o surgimento dos capacitores planos criado pelo inglês John Bevis (1695 - 1771). Ele substituiu a água por granalha de chumbo, depois por lâminas de ouro e posteriormente folhas de cobre. Bevis concluiu que o importante da garrafa é o vidro (isolante) que se encontra entre dois condutores, no interior e no exterior da garrafa e não a sua forma. Por isso, colou duas folhas de estanho, uma de um lado e outra de outro, de um quadrado de vidro.

por volta de 1750 o professor Franz Ulrich Theodor Aepinus de origem alemã criou o capacitor de ar ligando uma placa à terra e outra à uma máquina eletrostática, deixando ambas as placas a pouca distância uma da outra confirmando a teoria de que o ar pode substituir o vidro.

Por: Guilherme Campeche, Gabriel Comper, Matheus Juan, Pablo Willems, Emiliano Groppo

Por: Elaine Pamela Santos, Daniel de Jesus, Pedro Borges, Luiza Estela Andrade. 

Referência: MATTEDE, H. O que é um capacitor e qual a sua função?.in:Mundo da elétrica. Disponível em: https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-capacitor-e-qual-a-suafuncao/#:~:text=O%20princ%C3%ADpio%20de%20funcionamento%20de ,%2C%20conhecidas%20como%20%E2%80%9Carmaduras%E2%80%9 D.&text=Podemos%20dizer%20que%20a%20principal,posteriormente%2 0descarregar%20estas%20mesmas%20cargas. Acesso em: 15/04/2021

 

Funcionamento e equações

A capacidade de armazenamento de cargas elétricas é denominada capacitância e é simbolizada pela letra C, a unidade de medida desta capacidade de armazenamento é dada em farads, ela é a unidade de medida para quantidade de armazenamento de carga dos capacitores

Durante o período de carga de um capacitor a corrente na carga começa a diminuir, isso acontece porque no instante que o capacitor recebe a tensão da fonte o mesmo absorve a tensão elétrica até que o capacitor esteja completamente carregado essa é a fórmula matemática que modela esse comportamento na carga.

O modelo matemático para o cálculo da corrente total do circuito comprova que a corrente do circuito diminui durante o período de 5T, exatamente devido o capacitor estar absorvendo a carga da fonte.

A Tensão no capacitor aumenta durante a sua carga, esse comportamento acontece até que o capacitor esteja completamente saturado, atingindo seu limite máximo de capacitância.

Quando se associa capacitores em paralelo basta apenas somar a capacitância dos mesmos para se chegar ao valor da capacitância total do circuito.

Aplicação no dia a dia e modo de aplicação

Leis de ohm

LEIS DE OHM (Ω)

Teoria/fórmulas

Por: Guilherme Campeche, Gabriel Comper, Matheus Juan, Pablo Willems, Emiliano Groppo

Exemplo de exercícios 

Questão 1

Um resistor ôhmico, de resistência igual a 20 Ω, é atravessado por uma corrente elétrica de 2,0 A. Determine a queda de potencial que uma corrente elétrica sofre ao passar por esse resistor e assinale a alternativa correspondente:

a) 10 V

b) 25 V

c) 50 V

d) 40 V

e) 20 V

Questão 2

Dê como resultado o valor da(s) proposição(ões) CORRETA(S).

(02). Para um condutor ôhmico um aumento de diferença de potencial corresponde a um aumento proporcional de corrente.

(04). A dissipação de energia por efeito Joule num resistor depende do sentido da corrente e independe da tensão aplicada sobre ele.

(08). Os metais geralmente são bons condutores de eletricidade e de calor.

(16). Para a maioria dos metais a resistividade diminui quando há um aumento na temperatura.

Questão 3

Ao ser estabelecida uma ddp de 50V entre os terminais de um resistor, estabelece-se uma corrente elétrica de 5A. Qual a resistência entre os terminais?

Questão 4

(VUNESP) Os valores nominais de uma lâmpada incandescente, usada em uma lanterna, são: 6,0 V; 20 mA. Isso significa que a resistência elétrica do seu filamento é de:

a) 150 Ω, sempre, com a lâmpada acesa ou apagada.

b) 300 Ω, sempre, com a lâmpada acesa ou apagada.

c) 300 Ω com a lâmpada acesa e tem um valor bem maior quando apagada.

d) 300 Ω com a lâmpada acesa e tem um valor bem menor quando apagada.

e) 600 Ω com a lâmpada acesa e tem um valor bem maior quando apagada.

Por: Bruna Luiza Pereira, Isabela Alves, Lara Rodrigues e Thamiris Santana.

Material de Aula

Material de Aula

Mapa Mental

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SANTANA, Thamiris. Mapa Mental Eletrostática. 2021.Estudante do IFBA Campus Porto Seguro 

Interatividade
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