apostila de Fisica 3Ano.pdf

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A Eletricidade está dividida em: eletrodinâmica; eletrostática; magnetismo e eletromagnetismo. e letromagnetismo. Eletrodinâmica: estuda a corrente elétrica e os seus efeitos. Eletrostática: Estuda as interações das cargas elétricas em repouso. Magnetismo e Eletromagnetismo: estudam os imãs e suas relações com a eletrodinâmica.

Conceitos Básicos Átomo Atualmente, conhecemos bastante sobre a composição da matéria. Ela é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores. • No núcleo: os prótons e os nêutrons; • Na eletrosfera: os elétrons. Embora tenham sido considerados como os “tijolos” fundamentais da matéria, hoje tem-se conhecimento da existência de partículas menores que formam os prótons e os nêutrons, como os quarks up e down, por exemplo.

Stephen Gray sugeriu em 1731, a existência de fluídos elétricos que dariam à matéria as características elétricas. Alguns anos mais tarde Benjamin Franklin reformulou a teoria dos fluídos prevendo a existência de somente um tipo de fluído que poderia causar dois efeitos. Para ele a eletrização de um corpo ocorria por falta ou excesso desse fluído.

O excesso desse fluído daria ao corpo a propriedade da eletricidade vítrea, chamada de eletricidade positiva (+), e, a falta do fluído causaria a eletricidade resinosa, denominada eletricidade negativa (-). Hoje, sabemos que os elétrons  possuem carga negativa e os prótons carga elétrica positiva e que são os elétrons apenas que podem se movimentar. •

Portanto um corpo que apresentar falta de elétrons terá carga elétrica positiva.

•

E um corpo que estiver com excesso de elétrons terá carga elétrica negativa.

Portanto Benjamin Franklin estava parcialmente errado, porém em estudo de corrente elétrica, ainda se usa algumas denominações utilizadas por ele.

Princípio da Eletrostática Átomo: tamanho ≈ 10-10 m Núcleo: tamanho ≈ 5. 10 -15m

Para a eletricidade nos interessam principalmente os elétrons e prótons, que são dotadas de carga elétrica. Os prótons e os elétrons, bem como outros corpos que contenham carga elétrica diferente de zero, são exemplos de portadores de carga em alguma circunstância. Os nêutrons não possuem carga elétrica.

Das experiências de Du Fay , originou-se o chamado princípio da eletrostática eletrostática da atração e repulsão. "Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem."

Outra maneira de compreender o termo carga elétrica: É a grandeza física que expressa o número de elétrons a mais ou a menos em relação ao número de prótons que determinado corpo possui.

Corpo neutro



Nº prótons = Nº elétrons

Corpo positivo  O corpo perdeu elétrons Corpo negativo  O corpo ganhou elétrons

Prótons e nêutrons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Já os elétrons podem ser facilmente transferidos de um corpo para outro por um processo chamado ELETRIZAÇÃO. ELETRIZAÇÃO. Para isso é necessário fazer com que o número de elétrons se torne diferente do número de prótons.

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neutra. Assinale a alternativa CORRETA: a) Apenas Heloísa fez um comentário pertinente. b) Apenas Cecília e Rodrigo fizeram comentários pertinentes. c) Apenas Heloísa e Rodrigo fizeram comentários pertinentes. d) Nenhum dos estudantes fez um comentário pertinente. Todos os estudantes fizeram comentários pertinentes. 03) Um corpo eletricamente eletricamente NEUTRO: a) não existe, pois pois todos os corpos têm cargas.

É importante  você saber que CORPOS NEUTROS são sempre  ATRAÍDOS por CORPOS CARREGADOS, pois ocorre a POLARIZAÇÃO (separação de cargas) nos corpos descarregados:

b) não existe, pois somente somente um conjunto de corpos corpos pode ser neutro.

Atividades

01) A figura representa representa três esferas metálicas metálicas idênticas A, B e C, todas elas carregadas carregadas com o mesmo mesmo valor de carga elétrica, podendo apenas os sinais das cargas serem diferentes. Pode-se afirmar que as esferas: a) A, B e C possuem cargas de mesmo mesmo sinal. b) B e C possuem possuem cargas de mesmo mesmo sinal e A possui possui carga de sinal diferente. c) A e B possuem possuem cargas de mesmo mesmo sinal e C possui carga de sinal diferente. d) A, B e C possuem cargas cargas de sinais diferentes. diferentes. e) A e C possuem possuem cargas de mesmo mesmo sinal e B possui carga de sinal diferente. 2)Um professor mostra uma situação em que duas esferas metálicas idênticas estão suspensas por fios isolantes. As esferas se aproximam uma da outra, como indicado na figura:

c) é um corpo com o mesmo mesmo número de cargas positivas e negativas. d) é um corpo que não tem cargas positivas nem negativas. e) é um corpo que não faz mal mal a ninguém. 04) Sobre os núcleos núcleos atômicos e seus constituintes, são feitas quatro afirmativas. I. Os núcleos atômicos são constituídos por por prótons, nêutrons e elétrons. II. O próton é uma uma partícula idêntica ao elétron, apenas o sinal da carga elétrica é diferente. III. Nos núcleos atômicos está concentrada quase toda a massa do átomo. IV. As forças nucleares são as responsáveis responsáveis por manter manter unidas as partículas que compõem os núcleos atômicos. Quais afirmativas estão CORRETAS? CORRETAS? a) apenas II b) apenas I e III c) apenas III e IV d) apenas I , II e IV

Três estudantes fizeram os seguintes comentários sobre essa situação:

Cecília: uma esfera tem carga positiva, e a outra está neutra; Heloísa: uma esfera tem carga negativa, e a outra tem carga positiva; Rodrigo: uma esfera tem carga negativa, e a outra está

e) I , II , III e IV 05) Eletrizações ocorrem naturalmente no nosso cotidiano. Um exemplo disso é o fato de algumas vezes levarmos pequenos choques elétricos ao encostarmos nos automóveis. Tais choques são devidos ao fato dos automóveis estarem eletricamente carregados. Sobre a natureza dos corpos (eletrizados ou neutros), considere as afirmativas a seguir seguir e assinale assinale V ou F

I. Se um corpo está eletrizado, então o número de cargas elétricas negativas e positivas não é o mesmo. II. Se um corpo tem cargas elétricas, então ele está eletrizado.

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carga encontrada livre na Natureza e é chamada de CARGA ELEMENTAR. No Sistema Internacional de Unidades (SI) seu valor é dado por :

Um corpo neutro é aquele que não tem cargas elétricas. 06) É conhecido que "cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas elétricas de sinais contrários se atraem." Dispõe-se de quatro pequenas esferas metálicas A, B, C e D. Verifica-se que A repele B, que A atrai C, que C repele D e que D está carregada positivamente. Pode-se concluir que: a) C está carregada negativamente. b) A e C têm cargas de mesmo sinal.

A carga elétrica total de um corpo é sempre um número inteiro de vezes o valor da carga elementar:

c) A e B estão carregadas positivamente. d) B tem carga negativa. A e D se repelem. 07) A matéria, em seu estado normal, não manifesta propriedades elétricas. No atual estágio de conhecimentos da estrutura atômica, isso nos permite concluir que a matéria: a) é constituída somente de nêutrons. b) possui maior número de nêutrons que de prótons. c) possui quantidades iguais de prótons e elétrons. d) é constituída somente de prótons. é constituída somente de elétrons. 08) Cace as 8 palavras relacionadas com a eletricidade

Medida de Carga Elétrica O valor da carga do elétron é igual ao valor da carga do próton (apenas o sinal é diferente). Esta carga é a menor

n: corresponde ao número de elétrons em falta ou excesso

Para Saber mais!!! É muito comum usarmos em eletricidade os múltiplos e submúltiplos das unidades de medida. Veja:

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Atividades I 1)Na eletrosfera de um átomo de magnésio temos 12 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera? 2)Na eletrosfera de um átomo de nitrogênio temos 10 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera? 3)Um corpo tem uma carga igual a -32. µC. Quantos elétrons há em excesso nele? 4)É dado um corpo eletrizado com carga + 6,4.µ. Determine o número de elétrons em falta no corpo. 5)Quantos elétrons em excesso têm um corpo eletrizado com carga de -16.10-9 C? 6)Qual o erro na afirmação: "Uma caneta é considerada neutra eletricamente, pois não possui nem cargas positivas nem cargas negativas"? 7)Que tipo de carga elétrica se movimenta em um fio metálico? 8)Em que condições têm atração entre duas cargas elétricas? E em que condições elas se repelem? 9)Qual a carga de um átomo que apresenta um excesso de 8 elétrons ? 10)Quantos elétrons devem ser retirados de um corpo para que este fique eletrizado com carga correspondente a 2 Coulomb 11) Um corpo tem carga positiva igual a 32nC. Quantos elétrons foram retirados dele? 12) A unidade SI de carga elétrica é denominada: A - ( ) newton; B - ( ) ampère; C - ( ) coulomb; D - ( ) volt; 13) Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem. Com base nessa lei, se fizermos as seguintes proposições: I- Um próton atrai um elétron II- Um próton atrai um próton III-Um próton atrai um nêutron IV- Um próton repele um próton V- Um próton repele um elétron Podemos dizer: a)apenas II e V estão corretas b) apenas II e III estão corretas c) apenas I e III estão corretas d) apenas I e IV estão corretas e) apenas IV e V estão corretas

5)Some as corretas: 01)A unidade no SI de carga elétrica é o Coulomb. 02)A carga elétrica elementar vale -1,6.10-19C. 04) A partícula nêutron é portadora de carga elétrica de 1,6.10-19C 6)As chamadas partículas α  são constituídas do núcleo do átomo de hélio. Se o átomo de hélio possui 2 prótons e 2 elétrons, a carga elétrica de uma partícula α vale: 7)Quantos elétrons um corpo deve perder para adquirir a carga elétrica de 80C? 8)Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã. A lã retira 2.1012 elétrons do vidro. A carga elétrica adquirida pela lã devido a esse atrito é: 9)Determine, em Coulombs,, a quantidade de carga elétrica total do carro.

10) Qual a carga elétrica total da camisa?

Atividades II 1)Quantos elétrons formam uma carga igual a 1C? 2) As gotículas formadas quando se pressiona uma válvula de spray podem apresentar carga elétrica. Determine a carga de uma gotícula que apresenta: a)20 elétrons em falta b)8 elétrons em excesso 3)Qual é o valor da menor carga elétrica, em módulo, possível? 4)O átomo de hidrogênio possui um próton e um elétron. Se ele perder o elétron, adquire qual valor de carga elétrica?

Conservação das cargas elétricas

Em um sistema isolado a quantidade de carga elétrica permanece constante. Mesmo ocorrendo um fenômeno qualquer, por exemplo uma reação química ou nuclear, a soma da quantidade de carga elétrica é a mesma antes e depois do fenômeno:

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Σ : sigma e significa S que quer dizer SOMA

Atividades Elabore as resoluções no caderno, referente a página 29 do Livro Didático—1 ao 6 Elabore as resoluções do item “Elabore em Casa” da página 29 do Livro Didático– 1 ao 5 No seu caderno

Processos de Eletrização Ao atritarmos dois corpos de materiais diferentes, pode acontecer de um retirar elétron do outro. Se isto acontecer um corpo irá ceder elétron para o outro, que estará recebendo, portanto cada corpo irá ficar com cargas de sinais diferentes   devido a um receber elétron e o outro ceder. Porém o valor (em módulo) das cargas será igual para os dois corpos. Perderá elétrons o átomo cujos elétrons da última camada estão menos fortemente ligados ao seu núcleo em relação aos átomos que compõe o outro material.

Exemplo A eletrização por atrito ocorre quando esfregamos uma folha de papel em uma régua de plástico. Inicialmente tanto o papel como o plástico estão neutros, ou seja, possuem a mesma quantidade de carga positiva e negativa. Com o atrito ocorre transferência de elétrons de um corpo para outro. O papel perde elétrons e fica eletrizado com carga positiva. O plástico ganha elétrons e fica eletrizado com carga negativa: Na Eletrização por Atrito, os corpos ficam carregados com: • CARGAS DE MESMO VALOR (MÓDULO) e • CARGAS DE SINAIS CONTRÁRIOS. Este fato é uma consequência do Princípio da Conservação das Cargas Elétricas.

Eletrização por Contato A eletrização por CONTATO ou CONDUÇÃO consiste em encostar um objeto já eletrizado 1 em um outro, eletricamente neutro 2.

Durante o contato as cargas irão se redistribuir entre os dois objetos, eletrizando o corpo neutro com cargas de MESMO SINAL do eletrizado.

Se os corpos forem iguais, após a separação eles ficarão eletrizados com a MESMA CARGA (mesmo valor e mesmo sinal).

Contato Simultâneo: há contato entre três ou mais corpos simultaneamente. Contato Sucessivo: há contato sucessivo entre três ou mais corpos, colocando-se primeiramente o contato entre dois corpos e sucessivamente com os outros corpos.

Eletrização por Indução No processo de INDUÇÃO, a eletrização de um condutor neutro ocorre por simples aproximação de um corpo eletrizado, SEM QUE

HAJA CONTATO ENTRE ELES. As cargas do objeto neutro (induzido) são separadas (polarizadas) pela aproximação do corpo eletrizado (indutor), ficando as cargas de mesmo sinal do indutor o mais distante possível dele. Para manter o objeto induzido eletrizado, mesmo após o afastamento do indutor, devemos ligar o lado mais distante à Terra. Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele se descarrega do lado da ligação, é o aterramento: Ao se desfazer o aterramento o corpo induzido fica eletrizado com CARGA DE SINAL CONTRÁRIO à do indutor:

Atividades I 1) Um canudinho se eletriza por atrito devido à perda ou ganho de: a) prótons. b) íons positivos. c) nêutrons. d)elétrons. 2) Quando há separação de cargas num corpo neutro devido à proximidade de um corpo eletrizado, está ocorrendo: a) magnetização. b) eletrização por atrito. c) eletrização por contato. d)o fenômeno da indução. 3) Suponha um corpo A eletrizado por atrito contra um corpo B. Pode-se dizer que: a) somente o corpo A se eletriza. b) somente o corpo B se eletriza. c) os dois corpos se eletrizam com cargas de mesmo sinal. d) os dois corpos se eletrizam com cargas de sinais contrários. 4) Na eletrização por indução: a) ocorre passagem de cargas do indutor para o induzido. b) ocorre passagem de cargas do induzido para o indutor. c) a passagem de cargas dependerá do sinal de carga do indutor. d) ocorre separação de cargas no induzido, devido à

presença do indutor.

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5) Os corpos eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados respectivamente com cargas de sinais: a) iguais, iguais e contrários. b) contrários, contrários e iguais. c) contrários, iguais e iguais. d)contrários, iguais e contrários. 6) Com relação a eletrização por atrito e por contato, some as afirmações corretas: 01)Na eletrização por atrito, as cargas adquiridas pelos corpos são de mesmo sinal 02) Na eletrização por atrito, os corpos adquirem cargas elétricas de sinais contrários 04)Dois corpos neutros ao serem atritados, adquirem cargas elétricas de mesmo módulo 08)Dois corpos neutros, ao serem atritados adquirem cargas elétricas de módulos diferentes 16)Na eletrização por contato, no final os corpos adquirem cargas elétricas de mesmo sinal 32) Na eletrização por contato, no final os corpos adquirem cargas elétricas de mesmo módulo. 7)Uma esfera metálica A eletricamente neutra é posta em contato com uma outra esfera igual e carregada 4Q. Depois, a esfera A é posta em contato com outra esfera igual e carregada com carga 2Q. Qual foi a carga final da esfera A, depois de entrar em contato com a segunda esfera carregada? 5Q b)4Q c) 3Q d)2Q e)Q 8)Dispõe-se de três esferas metálicas idênticas e isoladas, uma da outra. Duas delas. A e B estão descarregadas, enquanto que a esfera C contém uma carga elétrica Q. Faz-se a esfera C tocar primeiro a esfera A e depois a esfera B. No final desse procedimento qual a carga elétrica das esfera A, B e C? a)Q/2; Q/2; NULA b)Q/4; Q/4; Q/2 c)Q; NULA; NULA d)Q/2; Q/4; Q/4 e)Q/3; Q/3; Q/3 9)Dispõe-se de quatro esferas metálicas idênticas e isoladas uma da outra. Três delas, A, B e C, estão descarregadas, enquanto que a quarta esfera D contém carga negativa –Q. Faz-se a esfera D tocar, sucessivamente, as esferas A,B e C. A carga elétrica de D, no final, será:

10)Quando se faz o contato entre duas esferas metálicas

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idênticas, elas repartem igualmente. Entre si suas cargas elétricas. Na figura, estão representadas duas esferas metálicas idênticas 1 e 2, com cargas elétricas Q1 = +6nC e Q2 = -2nC. Fazendo-se o contato entre elas, qual será a carga elétrica final de cada uma?

Livro Didático Página 34 e 35 Elabore as resoluções 1 ao 6 Elabore em casa 1 ao 6

Atividades II 1) Caminhões–tanque andam com uma corrente arrastando pelo chão para: a)produzir cargas elétricas por atrito; b)descarregar a eletricidade que aparece na superfície do caminhão.devido ao atrito do ar c) Evitar excesso de velocidade . d) Carregar suas baterias. e) Se eletrizar por contato. 2) Nos processos de eletrização por atrito e por contato, podemos dizer que se transferem de um corpo para o outro: a)elétrons b)prótons c)prótons e elétrons d)nêutrons e)elétrons e nêutrons

5) Um bastão isolante e atritado com tecido e ambos ficam eletrizados.é correto afirmar q o bastão pode ter:? a)ganho prótons e o tecido ganho elétrons. b)perdido elétrons e o tecido ganho prótons. c)perdido prótons e o tecido ganho elétrons. d)perdido elétrons e o tecido ganho elétrons. e)perdido prótons e o tecido ganho prótons. 6) Uma esfera de alumínio possui carga elétrica Q. Uma segunda esfera de alumínio, idêntica a primeira, estando eletricamente neutra, e encostada a ela. A carga adquirida por essa segunda esfera foi: Q

Q

a) 8

b) 4

Q

c) 2   d) Q

e) 2Q

7)Duas esferas idênticas de alumínio estão eletrizadas com cargas elétricas Q1= -3nC e Q2= +7nC. Feito um contato entre elas, qual foi a carga elétrica resultante em cada uma delas? Observação: 1 nC = 10 -9 C 8) Um professor mostra uma situação em que duas esferas metálicas idênticas estão suspensas por fios isolantes. As esferas aproximam-se uma da outra, como indicado na figura: Três estudantes fizeram os seguintes comentários sobre essa situação: a) Uma esfera tem carga positiva e a outra esta neutra b) Uma esfera tem carga negativa e a outra tem carga positiva c) Uma esfera tem carga negativa e a outra esta neutra Dos comentários feitos pelos estudantes, quais são fisicamente possíveis?

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cuja intensidade F é inversamente proporcional ao quadrado da distância d que as separa. Pela lei de ação e reação, as forças que atuam sobre ambas as cargas são de mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos.

Posteriormente Coulomb concluiu também que a intensidade da força era diretamente proporcional ao produto do módulo das cargas q1 e q2 . Assim:

F  = k  10) Um corpo A com carga de 8 C é colocada em contato com um corpo B inicialmente neutro. Em seguida são afastados um do outro. Sabendo-se que a carga de B após o contato é 5 C. Qual a carga final do corpo A. 11)Dois condutores idênticos A e B são inicialmente eletrizados com quantidades de cargas QA = 2,4 C e QB = 4,8 C. Em seguida ambos são postos em contato. Qual a quantidade de carga de cada um após o contato?

Força Elétrica

d 2

k é a constante de proporcionalidade – constante eletrostática, seu valor depende do meio em que as cargas estão inseridas, no vácuo seu valor é k= 9 . 109 N.m2 / C2

Exemplo Duas cargas elétricas puntiformes q1=4µC e q2= 6 µC, estão colocadas no vácuo a uma distância de 60cm uma da outra. Qual é o módulo da força de atração entre elas? Resolução Dados: d= 60 cm = 60.10-2m = 6.10-1m k= 9.109 Nm2 /C2 q1= 4µC = 4.10-6C q2= -6 µC= -6.10-6C F  = k 

F  =

q1.q2 d 2

4 . 10 − 6 . 6 . 10 9 . 10 . (6 . 10 − 1 )2 9

F  =

Já vimos que entre cargas elétricas se manifestam forças de atração ou repulsão, dependendo de sua natureza. Agora vamos determinar a intensidade dessas forças. Considere dois corpos eletrizados com cargas elétricas q1 e q2. Se suas dimensões forem desprezíveis em relação às distâncias que os separam, denominamos de cargas puntiformes. No final do século XVIII, Charles Augustin Coulomb, depois de realizar vários experimentos com cargas elétricas de mesma natureza, concluiu que tanto q1 como q2 estão sujeitas à ação de uma força repulsiva

q1.q 2

F  = Ou F = 0,6 N

216 . 10 − 3 36 . 10 − 2

6 . 10 − 1 N 

−6

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Atividades I 1)Duas cargas puntiformes q1 = 2 µC e q2 = - 4µC estão separadas por uma distância de 3 cm, no vácuo. Qual a intensidade da força elétrica que atua nessas cargas? 2)Duas partículas de mesmo sinal, possuem valores de q1 = 3mC e q2  = 4mC, separadas no vácuo por uma distância d= 3m. a)Qual o módulo da força de interação elétrica entre essas partículas? b)E se a distância for reduzida para 0,30m? 3) Sabendo que as cargas A e B possuem valores respectivamente iguais a - 10 µC, 9µC, determine a força elétrica e sua natureza (atrativa ou repulsiva) na situação dada abaixo:

•

•

•

•

•

•

4)Três cargas são colocadas em linha. Sabendo que suas cargas são: QA = - 3 µC; QB = - 2 µC e QC = + 4 µC, determine: (a) a Força entre A e B; (b) a Força entre B e C;

• •

•

5)Duas cargas elétricas de valor 2 µC e 8 µC encontramse no vácuo separadas a uma distância de 4 cm. Qual a força elétrica que age sobre elas ? 6) A que distância deve ser colocada duas cargas positivas e iguais a 10– 4 C, no vácuo para que a força elétrica de repulsão entre elas seja de 10 N. 7)Duas cargas elétricas puntiformes positivas e iguais a Q estão situadas no vácuo a 2 m de distância. Sabendo que a força de repulsão mútua tem intensidade 0,1N. Calcule Q

Atividades II Resolver o “Elabore as resoluções” da página 40 do livro didático– 1 ao 6

Todo corpo possui cargas negativas e positivas que geralmente se “anulam”, resultando em uma carga efetiva nula Em geral, as partículas eletricamente carregadas que se deslocam na matéria são os elétrons. Em fluídos, pode acontecer o deslocamento de íons positivos. Um corpo está eletrizado sempre que tiver sido alterada a equivalência entre as quantidades de suas cargas negativas e positivas Corpos eletrizados com carga de mesmo sinal se repelem e corpos eletrizados com cargas de sinais contrários se atraem Corpos eletrizados, ao se aproximarem de corpos neutros condutores, modificam a distribuição de carga destes sem, contudo eletrizá-los. A força de atração pode aparecer entre dois corpos eletrizados com cargas de sinais opostos ou entre corpos eletrizados e corpos neutros. A força de repulsão só aparece entre corpos eletrizados com cargas mesmo sinal. Os corpos em geral podem ter maior ou menos facilidade em conduzir cargas elétricas, sendo, portanto melhores ou piores condutores Choque é a sensação fisiológica resultante da passagem de cargas pelo nosso corpo.

 A matéria e a Ação à distância Já vimos que, as primeiras investigações realizadas sobre os corpos eletrizados permitiram à Ciência desvendar o interior da matéria e construir um modelo propondo a existência das cargas elétricas. A estrutura dos átomos baseia-se fortemente na idéia de cargas elétricas. Nele um núcleo positivo, constituído de prótons e nêutrons, é circundado por cargas negativas, os elétrons. Elétrons e prótons atraemse por meio de uma força chamada elétrica, que depende do valor de suas cargas e da distância entre eles. O conceito de força, empregado com para descrever as interações entre objetos na nossa dimensão, torna-se muito complexo para a descrição de átomos com muitos elétrons. Pense: Para cada par de elétron existem duas forças elétricas, ou seja, em um átomo de ferro, com 56 elétrons, teríamos 3080 forças para descrever, excluindo daí as interações com o núcleo. Caso levássemos essas forças em consideração esse número seria muito maior. Para complicar ainda mais o elétron orbita em volta do núcleo. Isso implica que a cada instante a força muda de direção, sempre apontando para o núcleo.

Mas voltemos para os átomos mais simples e pensemos em outra questão: como o elétron “percebe” a  presença dos prótons que estão no núcleo? Lembre-se de que não há um contato físico real entre essas partículas e, portanto, a interação é transmitida à distância. O fenômeno de ação à distância foi investigado por meio de estudo de campo gravitacional. Mas com algumas especificidades, podem ser aplicadas a todos os campos de interação.

10 Campo elétrico de uma carga puntiforme Intensidade

Orientação do campo elétrico

Campo elétrico Um corpo de massa m,  quando nas proximidades da Terra, é atraído devido à região de perturbação que a Terra cria ao redor de si, denominado campo gravitacional. (figura 1) Assim como a Terra, as cargas elétricas também criam ao seu redor uma região de perturbação eletrostática, denominado campo elétrico. Campo elétrico existe na região de partículas eletricamente carregadas, ou seja, cargas elétricas são fontes de campo elétrico. Assim, quando qualquer carga (ou corpo eletrizado) de prova é inserida na região de um campo elétrico, passa a atuar sobre ambas forças (interação) de natureza elétrica. Consideremos uma carga de prova q, numa região de espaço onde exista campo elétrico gerado por outra carga. A ação do campo sobre a carga é traduzida pela força F . Definimos o vetor campo elétrico no ponto onde a carga se encontra pelo quociente entre o vetor e a carga.

Sabemos que se a carga geradora do campo Q for + o campo elétrico é de afastamento, e se for – é de aproximação. Mas sabemos também que se a carga de prova q for + o campo elétrico e a força elétrica terão o mesmo sentido. E se a carga de prova q for – o campo elétrico e a força elétrica terão sentidos opostos.

→

→

 E  =

F  q

A unidade de intensidade do campo elétrico é newton/coulomb (N/C). É possível determinar o campo elétrico num ponto do espaço, mesmo sem conhecer ou existir a carga de prova, usando a definição de campo elétrico é possível demonstrar que, num ponto P qualquer, o módulo campo elétrico gerado por uma carga elétrica puntiforme Q, imersa no vácuo, é dado por:

Obs: O campo elétrico não depende da carga de prova (q) para que exista. Depende apenas de Q, da distância (d) e do meio K

 Atividades 1)Sobre uma carga elétrica de 2,0 µC, colocada em certo ponto do espaço, age uma força de intensidade 0,80N. Despreze as ações gravitacionais. A intensidade do campo elétrico nesse ponto é: 2) Uma carga pontual Q, positiva, gera no espaço um campo elétrico. Num ponto P, a 0,5m dela, o campo tem intensidade E=7,2.106N/C. Sendo o meio vácuo onde K0=9.109 unidades S. I. , determine Q. a)2,0 . 10-4C b) 4,0 . 10-4C c) 2,0 . 10-6C d) 4,0 . 10-6C e) 2,0 . 10-2C

3)No interior de um campo elétrico, uma carga de 2µC sofre a ação de uma força de 0,03N. Calcule a intensidade do campo elétrico. 4)Qual é a intensidade da força elétrica aplicada sobre uma partícula com carga 5µC no interior de um campo elétrico de 36.105N / C. 5)Suponha que uma impressora a jato de tinta precisa imprimir uma força de 5,0.10-7N sobre uma gotícula de tinta para que ela atinja o papel no ponto desejado. Para isso, aplica-se um campo elétrico de intensidade 2,5 N/C. Calcule a carga elétrica da gotícula. 6)Um carga elétrica puntual positiva, Q=4,5µC, encontra-se no ar. Considere um ponto P situado a uma distância de 30cm de Q. a)Qual é a intensidade do campo elétrico criado por Q em P? b)Se o valor de Q fosse duplicado, quantas vezes maior se tornaria a intensidade do campo em P ? c)Então, qual seria o novo valor do campo em P ? 7)Qual o valor do campo elétrico produzido por uma carga elétrica de 6µC situada a 30cm de distância? 8)Devido ao campo elétrico gerado por uma carga Q a carga q = + 2.10-5C fica submetida a uma força elétrica F = 4.10-2N. Determine o valor do campo elétrico. 9)O corpo eletrizado Q produz num ponto P o campo elétrico, de intensidade 2.105 N/C. Calcule a intensidade da força produzida numa carga positiva q =4.10-6C colocada em P.

 Atividades 2 •

Copiar e resolver os exercícios 1 e 2 do “Elabore as resoluções” da página 47 e 48 do livro didático

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Copiar e resolver os exercícios 1, 2 ,3, 4 do elabore em casa da página 48 do livro didático

1)Uma carga q = 6µC é colocada em determinado ponto de uma região do espaço, sendo submetido à ação de uma força F = 0,3 N, na direção horizontal para a direita. Determine o vetor campo elétrico nesse ponto. 2)Uma partícula eletrizada com 2.10-6C de carga, ao ser colocada em certo local, sofre uma força elétrica de 5N. Qual a intensidade do campo elétrico nesse local? Se outra partícula, de carga –5.10-6 C for colocada no mesmo lugar, qual será a intensidade da força elétrica que atuará sobre ela? 3)Entre duas lacas paralelas eletrizadas com cargas de sinais opostas atua um campo elétrico uniforme de módulo 4.105N/C. Qual o módulo da força elétrica que atua sobre uma partícula de carga 2.10-10C colocada em algum ponto entre as placas?

Linhas de força do campo elétrico de duas cargas puntiformes

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O conceito de linhas de força foi desenvolvido por Faraday para dar um sentido mais concreto ao conceito de CAMPO ELÉTRICO. A direção e o sentido do campo elétrico em cada ponto é tangente à linha de força correspondente. A figura abaixo mostra algumas das linhas, que emergem das cargas positivas e submergem nas cargas negativas. Entretanto, todo o espaço é preenchido por essas linhas de força, formando um contínuo, parecido com o azul ou rosa em torno das cargas.

 Atividades 1) Copiar e resolver os exercícios 1 ao 4 do elabore as resoluções da página 57 do livro didático.

Corrente Elétrica  É verdade que a corrente elétrica faz as pessoas  grudarem-se ao fio?

Todos os músculos dos seres vivos são acionados por correntes elétricas transmitidas pelos nervos. Quando há choque elétrico, os músculos percorridos pela corrente elétrica contraem-se involuntariamente. Se alguém simplesmente encosta a ponta de um dedo em um condutor energizado e ocorre o choque, os músculos do braço e da mão contraem-se afastando o dedo do fio e acabando com o choque. Se uma pessoa, sem saber da energização, segura um fio com a palma da mão, seus dedos contraem-se, agarrando o fio mais firmemente. O cérebro envia mensagem mandando os músculos soltarem o fio, porém a corrente elétrica externa é mais intensa que a que os nervos transmitem e a pessoa não tem controle sobre sua mão. Assim, o indivíduo fica preso ao fio pela própria força muscular.

Em duplas, discutam quais as providências que devem ser tomadas no caso de alguém ficar preso ao fio elétrico. Anote as conclusões e depois discutam-na com os colegas.

Corrente Elétrica (i)

A corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas elementares. A corrente elétrica pode ser um simples jato de partículas no vácuo, como acontece num cinescópio de TV, em que um feixe de elétrons é lançado contra a tela. No entanto, na maioria dos casos, a corrente elétrica não ocorre no vácuo, mas sim no interior de um condutor. Por exemplo, aplicando uma diferença de potencial num fio metálico, surge nele uma corrente elétrica formada pelo movimento ordenado de elétrons.

tempo t) é o I, original do alemão Intensität, que significa intensidade  I  =

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Q ∆t 

lembre-se que Q = n.e  A unidade padrão no SI para medida de  corrente é o ampère (A). 1A = 1C/1s

A corrente elétrica é também chamada informalmente de amperagem. Embora seja um termo válido, alguns engenheiros repudiam o seu uso.

A carga elétrica pode ser calculada por Q = n.e, como também pode ser determinada a partir de um gráfico da intensidade da corrente elétrica (i) em função do tempo (t). Calculando a área A = i. ∆t, sai que,  N 

Q = A Não se pode dizer que todo movimento de cargas elétricas seja uma corrente elétrica. No fio metálico, por exemplo, mesmo antes de aplicarmos a diferença de potencial, já existe movimento de cargas elétricas. Todos os elétrons livres estão em movimento, devido à agitação térmica. No entanto, o movimento é caótico e não há corrente elétrica. Quando aplicamos a diferença de potencial, esse movimento caótico continua a existir, mas a ele se sobrepõe um movimento ordenado, de tal forma que, em média, os elétrons livres do fio passam a se deslocar ao longo deste. É assim que se forma a corrente elétrica.

Por serem grandezas físicas, podem ser medidas. Logo a unidade de medida de carga elétrica é o Àmpere (A) e a unidade de medida de tensão é o Volt (V).

Sentido da corrente elétrica Para o sentido da corrente temos que diferenciar o sentido real do sentido convencional. (nessa imagem, os pólos estão representados de acordo com o sentido real da corrente elétrica)

Por uma questão de convenção, a corrente elétrica é indicada em sentido oposto ao movimento real dos elétrons. A explicação é a seguinte: o sentido convencional da corrente elétrica foi estabelecido como se as cargas fossem positivas. Ainda por convenção, o seu sentido será indicado por uma flecha com a letra i.

Corrente elétrica é a o fluxo de elétrons através de um condutor elétrico, geralmente metálico.

O símbolo convencional para representar a intensidade de corrente elétrica (ou seja, a quantidade de carga Q que flui por unidade de

Efeitos da corrente elétrica A corrente elétrica apresenta diversos efeitos dependendo do meio em que se propaga. Os mais

comumente utilizados são: Aquecimento - dissipa calor ao atravessar um condutor. Esse efeito é conhecido como Efeito Joule, é utilizado em lâmpadas incandescentes, torradeiras, chuveiros elétricos aquecedores, e ferros de passar. Campo magnético - Em 1819 Oersted descobriu que a corrente elétrica atravessando um fio é capaz de defletir a agulha de uma bússola próxima a esse fio. Luz – em lâmpadas incandescentes, o filamento é aquecido a 2500ºC e passa a emitir luz. Nas fluorescentes, a corrente elétrica provoca uma descarga no gás (argônio e vapor de mercúrio). Essa descarga produz radiação ultravioleta. Quando essa radiação atinge o pó branco (fósforo) depositado na superfície interna do tubo ele fluoresce, emitindo luz visível Reações químicas - bateria e acumuladores de energia elétrica Ondas eletromagnéticas - só é possível transmitir sinais de rádio, TV e celular, por que as correntes elétricas que oscilam nas antenas transmissoras produzem ondas eletromagnéticas.

Tensão elétrica (U) A bateria é uma fonte de alimentação com dois pólos (gerador elétrico). Um tem carga positiva, outro tem carga negativa. Os elétrons têm carga negativa. Quando um fio é conectado a cada um dos pólos os elétrons são repelidos pelo pólo negativo, e atraídos pelo positivo. Isto faz com que eles se movam através do fio e formem uma corrente elétrica.

A força que vem da bateria e faz com que os elétrons se movimentem é chamada de força eletromotriz, ou tensão, e é medida em volts(V) O gerador elétrico é o aparelho que fornece a energia aos elétrons para que estes se movimentem. É ele quem “empurra” os elétrons. Portanto o gerador é o principal elemento de um circuito elétrico.

Atividades •

Resolver o “ Elabore as resoluções” do seu livro didático das páginas 95/96

•

Resolver o “Elabore em casa” do seu livro didático da página 96.

Atividades 2 1)  Uma carga de 5C gasta 10s para percorrer um

fio. Qual é o valor da corrente elétrica que atravessa esse fio? 2) Um fio é percorrido por uma corrente de 2A. Quantos elétrons atravessam uma secção reta desse fio durante 3s? 3)  (UFSC) Um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,25A . Calcule,, em

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Coulomb, a carga que atravessa uma seção reta do condutor, num intervalo de 160s. 4) Medindo a intensidade de uma corrente elétrica com um amperímetro obteve-se o valor de i = 2A. Determine: a)a carga transportada por essa corrente em 10s b)o número de elétrons que atravessam uma secção reta do condutor nesse intervalo de tempo (q = n.e) 5) Cite efeitos da corrente elétrica 6) Correntes e carga são diretamente ou inversamente proporcionais? 7) a seção normal de um condutor é atravessada pela quantidade de carga Q = 1,2.10 -3C no intervalo de tempo �t=1,5.10-2s. a) Qual a intensidade da corrente elétrica que atravessa essa seção normal? b) Se os portadores de carga são elétrons, quantos elétrons atravessam essa seção normal nesse intervalo de tempo? 8) (UNITAU) Numa secção reta de um condutor de eletricidade, passam 12C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em àmperes, é igual a: a) 0,08 b) 0,20 c) 5,0 d) 7,2 e) 12 9)  Pela secção reta de um fio, passam 5,0 .1018 elétrons a cada 2,0s. Sabendo-se que a carga elétrica elementar vale 1,6 .10-19C, pode-se afirmar que a corrente elétrica que percorre o fio tem intensidade: a)500 mA b)800 mA c)160 mA d)400 mA e) 320 mA 10)  Uma bateria de automóvel, completamente carregada, libera 1,3. 10 5  C de carga. Determine, aproximadamente, o tempo em horas que uma lâmpada, ligada nessa bateria, ficará acesa, sabendo que necessita de uma corrente constante de 2,0 A para ficar em regime normal de funcionamento.(1h= 3600s) 11) (Univ. Uberaba-MG) Uma corrente contínua de 5,0 miliampères flui em um circuito durante 30 minutos. A quantidade de carga elétrica que atravessa uma secção desse circuito nesse intervalo de tempo, em coulombs, é de: a) 0,15 b) 1,5. 102 c) 6,0 d) 9,0 e) 360 12) O gráfico apresenta a corrente elétrica que percorre um condutor em função do tempo.

Qual a carga elétrica que atravessa uma secção transversal do condutor em 2s?

13) ) No gráfico, qual a carga que atravessa uma secção transversal do condutor após 8 minutos?

14)O gráfico representa a intensidade de corrente elétrica i em função do tempo t.

incandescente, etc.

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Resistência elétrica (R) : é uma medida da oposição ao movimento dos portadores de carga, ou seja, a resistência elétrica representa a dificuldade que os portadores de carga encontram para se movimentarem através do condutor. Quanto maior a mobilidade dos portadores de carga, menor a resistência elétrica do condutor.

Primeira Lei de Ohm Gráfico para as questões abaixo.

Seja U   a diferença de potencial aplicada e i a intensidade de corrente elétrica por meio do condutor.

Definimos:

Resistência elétrica ( R) é a relação entre a ddp aplicada (U ) e a correspondente intensidade de corrente elétrica (i).

Assim

15)Determine o valor da carga elétrica que passa em um condutor durante 8 s, de acordo com o gráfico. 16)Determine o número de elétrons que passam pelo condutor em 8s. 17) Determine o valor da carga elétrica que passa de 2 a 4s 18) Determine o número de elétrons que passa no intervalo de 2 a 4 s.

Resistores e Lei de Ohm Resistores e resistência

Resistor: É todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente energia elétrica em energia térmica. Simbolicamente é representado por: Alguns dispositivos elétricos classificados como resistores são: ferro de passar roupa, ferro de soldar, chuveiro elétrico, lâmpada

ou U = R.i Unidade de resistência elétrica no Sistema Internacional: ohm (Ω) Observação A resistência elétrica é uma característica do condutor, portanto, depende do material de que é feito o mesmo, de sua forma e dimensões e também da temperatura a que está submetido o condutor. Posteriormente, esses itens serão analisados mais detalhadamente.

Atividades

1)Um estudante de Física mede com um amperímetro a intensidade de corrente elétrica que passa por um resistor e, usando um voltímetro, mede a tensão elétrica entre as extremidades do resistor, obtendo o gráfico abaixo. Pode-se dizer que a resistência do resistor vale: a) 1Ω  b(10 Ω  c)100 Ω

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d) 0,1 Ω  e)0,01 Ω

9) Ao consertar uma tomada, uma pessoa toca um dos fios da rede elétrica com uma mão e outro fio com a outra mão. A ddp da rede é U=220V e a corrente através do corpo é i= 4.10-3A . Determine a resistência elétrica da pessoa.

2) Aplica-se uma ddp. Nos terminais de um resistor e mede-se a intensidade de corrente que o atravessa. Determine: a)a resistência elétrica do resistor b) a ddp nos terminais do resistor quando percorrido por uma corrente de intensidade 1,6A.

3) Uma tensão de 12 volts aplicada a uma resistência de 3,0Ω produzirá uma corrente de: a)36A b)24A c)4,0A d)0,25A

10)  Suponha um chuveiro elétrico com resistência de 10Ω ligado a uma tensão (diferença de potencial) de 110V. Calcule a corrente elétrica que passa pelo chuveiro, ao ser ligado, é: Segunda Lei de Ohm

Para condutores em forma de fios, verificamos, experimentalmente, que a resistência elétrica do condutor depende do comprimento do fio , da área de sua secção transversal (  A  ) e do tipo de material que constitui o condutor .

Analisando, separadamente, cada uma dessas dependências, temos: 1)a resistência elétrica R é diretamente proporcional ao comprimento l do fio;

4) Qual é a resistência elétrica de um fio que, conectado aos terminais de uma bateria de carro de 12 V, conduz uma corrente de 100mA? 5) Uma secção reta de um fio de resistência 20Ω é atravessada por 5C durante 20s. Qual é a queda de potencial desse fio?

6) Quando submetido à diferença de potencial de 5,0 V, um condutor é percorrido por uma corrente elétrica de 25mA. Se submetido á diferença de potencial de 25 V, é percorrido por uma corrente elétrica de 100mA. Qual o valor da resistência elétrica desse condutor em cada caso?

2) a resistência elétrica é inversamente proporcional à área da secção transversal do fio.

7)A tabela mostra o valor da diferença de potencial a que um resistor é submetido e a correspondente intensidade da corrente que o atravessa?

Com base nas análises acima, podemos escrever que:

8)Um resistor tem resistência constante de 150W. a)Qual a diferença de potencial a que esse resistor deve estar submetido para ser percorrido por uma corrente de intensidade i = 800mA b)Qual a corrente que o percorre quando submetido à diferença de potencial de 6,0V?

Onde ρ  é o fator de proporcionalidade (uma grandeza característica do material com que é feito o condutor, denominada resistividade, que só depende da temperatura, não dependendo da forma ou dimensão do condutor). No Sistema Internacional, temos as seguintes

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unidades:

10)  Um fio de cobre tem 2mm de diâmetro. Aplicando-se uma tensão de 10V resulta uma corrente de 1A.Qual o comprimento do fio ? (ρCu=1,7.10-8Ω.m e considere π = 3,14)

Para determinar a área da secção transversal: 2  fio cilíndrico: A=πr

Atividades 2

Atividades

1)Qual a intensidade da corrente em um condutor que tem resistência de 1000 Ω  se a tensão aplicada for de a) 2V b) 100V c) 50mV 2)Qual deve ser a tensão em um condutor de 10K Ω de resistência para a corrente tenha intensidade de : a) 2mA b) 0,05A c) 20mA 3) Uma lâmpada incandescente é submetida a uma ddp de 110V, sendo percorrida por uma corrente elétrica de 5,5A. Qual é, nessas condições, o valor da resistência elétrica do filamento da lâmpada.

1)A resistência elétrica de um fio de cobre depende:

a)só do seu comprimento b)só da sua área de secção transversal; c)só da intensidade de corrente elétrica que o percorre; d)só da ddp na qual está submetido; e)do seu comprimento e da área de secção transversal. 2)Dentre diversos resistores de mesmo material, apresenta resistência maior aquele que for: a)curto e fino b)longo e grosso c)curto e grosso d)longo e fino e)revestido de bom isolamento. 3)Um fio condutor apresenta comprimento de 2m, área de secção transversal 10 -2 m2  e resistência elétrica de 4ΩSua resistividade elétrica, em Ω.m : a)2.10-2 b)8.10-4 c)6.10-3 d)10 e)1 4)Um fio de ferro homogêneo, de 2m de comprimento, tem área de secção transversal de 0,02m. Sabendo que sua resistividade é de 1,7.10-8Ω.m , o valor da resistência do fio, em ohms é de: 5)Um fio, constituído de material de resistividade 4.10-8Ω.m, tem comprimento de 20 cm e área de secção reta de 2.10 -8m2. Quando ligado a uma pilha comum (1,5V), qual é a intensidade de corrente que atravessa o fio? 6)Um reostato de fio utiliza um fio de tungstênio com 2 m de comprimento, enrolado sobre uma forma de cerâmica. A área da secção do fio é de 0,2mm2. Qual é a máxima resistência desse reostato? ρ =5,6.10-8Ω.m (O reostato é um dispositivo utilizado para variar a resistência de um circuito)

7)Calcule a resistência de um fio de cobre com 100m de comprimento e 1,0mm2  de área de secção transversal. (ρCu=1,7.10-8Ω.m).

8)Um fio de níquel-cromo tem 1m de comprimento e 10 Ω de resistência. A área de secção transversal do fio é de 0,1mm2. Qual a resistividade do níquelcromo? 9)Um condutor de alumínio tem 300m de comprimento e 2mm de diâmetro. Calcule a sua resistência elétrica. (dados: ρAl = 2,7 . 10 -8 Ω.m, e considere π = 3,14)

PARTE I

4) No circuito a seguir, qual é a leitura do amperímetro? a) I = 0,2 A b) I = 10 A c) I = 5 A d) I = 2 A e) I = 500 A

5) Sabendo que a intensidade da corrente elétrica que passa por um resistor de resistência 4Ω é de 8 A., calcule a tensão entre os terminais desse resistor. 6) Uma serpentina de aquecimento, ligada a uma linha de 110 v, consome 5 A . Determinar a resistência dessa serpentina. 7) Se um forno de 240V possui um elemento de resistência de 24?, Qual o menor valor de corrente do fusível que deve ser usado na linha para proteger o elemento aquecedor? 8) Qual a resistência de um ferro de solda que solicita uma corrente de 0,8333 A a 120 V ? 9) Uma torradeira com resistência de 8,27 W opera com uma corrente de 13,9 A. Encontre a tensão aplicada. 10)Qual a resistência interna de uma secadora de roupas 127 V, que solicita uma corrente de 23,3 A? 11) Num resistor de 2,0 W, a intensidade da corrente elétrica é 2,0 A. Qual é a tensão aplicada?

PARTE II Utilizando a Primeira Lei de Ohm, determine: 1 - Qual a corrente em mA?

2 - Qual a tensão em mV?

10) Qual a resistência em Ω?

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3 - Qual a resistência em mΩ?

4 - Qual a tensão em V?

5 - Qual a corrente em mA?

Associação de Resistores Para se obter resistências de certos valores, que não se encontram no mercado, faz-se necessária a associação de dois ou mais resistores para a obtenção de um outro resistor equivalente com a resistência desejada.

Associação em Série Na  Associação em série, os resistores são ligados de forma que a corrente passe somente por um caminho, possuindo a mesma intensidade em todos os resistores. Quando duas lâmpadas são ligadas em série, se uma queima, a outra também se apaga. A resistência equivalente à associação é a soma das resistências individuais, a intensidade da corrente elétrica da associação é a mesma de todos os resistores e a d.d.p. no resistor equivalente é a soma das d.d.p. em cada resistor.

6 - Qual a corrente em mA?

i 7 - Qual a corrente em mA?

V  E  R E

 R E  =  R1 + R2 + R3

V  E  = V 1 + V 2 + V 3

Observação: Na associação em série a corrente (i) é constante e a tensão varia para cada resistor. 8 - Qual a corrente em mA?

9 - Qual a resistência em kΩ ?

Associação em Paralelo Na  Associação em paralelo, os resistores são ligados de forma a permitir caminhos independentes para a corrente elétrica. Quando duas lâmpadas são ligas em paralelo uma funciona independente da outra, se uma queimar, a outra continua acesa. As ligações das residências são feitas em paralelo para permitir o funcionamento independente de vários aparelhos. A resistência equivalente em paralelo é o inverso da soma dos inversos das resistências individuais, a intensidade

da corrente elétrica da associação é a soma da intensidade da corrente elétrica de cada resistor e a d.d.p no resistor equivalente é igual à d.d.p. entre em cada resistor. i  R V i

 R E 

=

1  R1

+

c) Monte um circuito em série com resistência total de 55Ω.

5) Você tem os seguintes resistores em mãos: 1Ω, 3Ω , 5Ω , 6Ω. Desenhe um circuito em paralelo que tenha resistência equivalente igual a 2Ω.

i

6) Dispõe-se de três resistores cujos valores são R1=20Ω, R2=30Ω e R3= 60Ω. Qual o valor do resistor equivalente quando esses resistores: A)são associados em série? B)são associados em paralelo?

 R2

7)Calcule a resistência do circuito formado por 10 resistores de 10 k, colocados todos em paralelo entre si, e em série com 2 resistores de 2 k, colocados em paralelo.

i

1

18

1

V

+

1

i E  = i1 + i2 + i3

 R3

Observação: Na associação em paralelo a tensão (U) é constante e a corrente varia para cada resistor.

Atividades 1)Determine a resistência equivalente dos circuitos abaixo, sabendo que cada resistor tem R= 1 Ω. A)

8)Três resistores idênticos de R = 30 estão ligados em paralelo com uma bateria de 12 V. Calcule a resistência equivalente e a corrente total do circuito . 9) Três resistores de resistências elétricas iguais a R1 = 20Ω ; R2 = 30Ω e R 3 = 10 Ω estão associados em série e 120 V é aplicado à associação. Determinar: a) a resistência do resistor equivalente; b) a corrente elétrica em cada resistor; c) a voltagem em cada resistor: 10) Calcule a resistência equivalente em (Ω) do circuito abaixo:

B)

2)Qual o valor da resistência R do circuito, para que a resistência equivalente tenha um valor de 10Ω.

Potência Elétrica

Na mecânica, define-se potência como a rapidez em realizar um trabalho.

3) (Fei-SP) Qual a resistência equivalente da associação a seguir?

4) Você tem os seguintes resistores em mãos: 3Ω , 5Ω , 7Ω , 9Ω , 12Ω , 15Ω , 28Ω , 60Ω , 100Ω .

Pede-se:

a) Monte um circuito em série com resistência total de 19Ω b) Monte um circuito em série com resistência total de 40Ω

Da primeira Lei de Ohm, é possível obter duas novas expressões para se calcular a potência elétrica: 1ª maneira U = R.i e expressão)

P = i.U

P = i. R.i logo

P = R.i2

(substitui U por R.i na 2ª

2ª maneira U = R.i e P = i.U (substitui i por U/R)

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supostamente constante e igual a 242 ohms, quando ligada à fonte de 220volts. Calcule, em quilowatt-hora, a energia consumida em 10 horas.

3) Um resistor é percorrido por uma corrente de 2A e tem resistência de 20Ω. Determine: A)a tensão que está aplicada no resistor. B)A potência transformada em calor. Relembrando a associação de resistores para lâmpadas incandescentes: Em série, como a corrente é constante, brilha mais a lâmpada de resistência maior, pois P = R.i2 Em paralelo, como a tensão é constante, brilha mais a lâmpada de resistência menor, pois  p =

U 2  R

Energia Elétrica

Por meio da equação da energia elétrica é possível calcular a energia consumida por aparelhos numa residência em dado intervalo de tempo. Para obter em joule, usa-se watt como unidade de potência e segundo como unidade de tempo. No caso de uma residência, por exemplo, usa-se a potência em kW e tempo em horas para obter o resultado em energia em quilowatt-hora(kWh). O consumo pode ser diário, semanal ou mensal.

4) Um chuveiro elétrico dissipa potência de 2500W quando ligado à fonte de tensão 250V. Nessas condições, podemos dizer que a corrente que o alimenta é: 5) Um condutor de eletricidade, de resistência 2 ohms, ao ser submetido a certa ddp, desenvolve potência de 32W. O valor dessa ddp é, em V: 6) Uma lâmpada de 110W permanece ligada em média 5horas por dia. O consumo mensal (30 dias) de energia elétrica dessa lâmpada, em kWh, é de:

Livro Didático Resolver o “Elabore as resoluções” da página 123 Resolver os exercícios 1,2,3,4 do “ Elabore em casa” da página 124

Atividades 2

É possível ter duas situações quanto às unidades de medida. A potência é medida em watts, porém a energia pode ser medida em joule ou em quilowatthora.

1)Um equipamento elétrico opera com ddp de 220V e intensidade de corrente de 10A. A companhia distribuidora de energia elétrica cobra 40 centavos por quilowatt-hora de energia elétrica consumida. Sabendo-se que o equipamento trabalha 10 horas por dias, de segunda a sexta, qual é a sua despesa semanal com a energia elétrica? (valores em reais). 2)Calcule o consumo de energia elétrica dos equipamentos abaixo:

Há uma relação para essa unidade.

3) Se o kWh custa R$ 0,45 qual será o valor a ser

 En = P.∆t 

1kWh = 1000W. 3600s = 3,6 .10 6 J

Atividades 1) No vidro de uma lâmpada está gravado: 60W120V. Estando a lâmpada ligada de acordo com as especificações, determine: a)a intensidade de corrente elétrica que a percorre b)o consumo em kWh dessa lâmpada em 20h de uso. 2)A resistência do filamento de uma lâmpada é

pago de energia elétrica ao utilizar esses equipamentos nessas mesmas quantidades de dias e horas tabelados? 4) Qual será a economia em reais (R$) se trocarmos as lâmpadas de 100W pelas lâmpadas de 40W 5)Um chuveiro elétrico ligado em 120V é percorrido por uma corrente elétrica de 10A durante 10 min. Quantas horas levaria uma lâmpada de 40W, ligada nessa rede, para consumir a mesma energia elétrica que foi consumida pelo chuveiro?

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6)Numa ligação de lâmpadas incandescentes em série que lâmpada brilha mais: a de 50 Ω  ou a de 80Ω? E em uma ligação em paralelo, que lâmpada tem resistência menor: a de 100W ou a de 40W? 7)Dado o circuito abaixo, determine o que se pede: a) a resistência equivalente do circuito; b) a intensidade de corrente elétrica no resistor de 4Ω. c)a tensão no resistor de 2 Ω. d) a potência dissipada pelo conjunto e) a potência transformada em calor no resistor de 4Ω.

2) Inseparabilidade dos polos magnéticos

8)Um condutor linear com 10ohms de resistência é percorrido por uma corrente elétrica de 2 A durante 2 segundos. Calcular, em joules, a quantidade de calor gerada. 9) Você toma um banho quente no chuveiro de 2400W- 120V. O banho dura 10 min. Determine o custo mensal (30 dias) da energia elétrica consumida, sabendo que, para o consumidor, o quilowatt-hora de energia elétrica custa R$ 0,50.

3)Atração ou repulsão dos polos

Substâncias Magnéticas Chamamos de magnetismo o ramo da Física que estuda a origem e as manifestações de certos tipos de materiais chamados de magnéticos que possuem a propriedade de atrair ou repelir outros. A tentativa de esclarecer fenômenos magnéticos como esse, antecede a Era Cristã. Supõe-se que num local da antiga Grécia, chamado Magnésia, tenham sido encontrados os primeiros imãs naturais. Daí a expressão “magnetismo”. Sabe-se hoje que esses imãs naturais são na realidade, constituídos por um minério chamado magnetita. Entretanto esse fenômeno nunca foi bem compreendido até o século XIX, quando o físico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851) iniciou seus trabalhos. Os fenômenos elétricos e magnéticos têm a mesma origem, isto é, estão ligados ao movimento dos elétrons. A unificação de ambas as descrições deu origem ao Eletromagnetismo, iniciado com Oersted.

Características dos Imãs O imã possui dois polos: o polo Norte (N) e o polo Sul(S), que correspondem as regiões do imã onde as ações magnéticas são mais intensas.

Substâncias Diamagnéticas: são aquelas que não podem ser imantadas (cobre, chumbo, água, bismuto e antimônio) Substâncias Paramagnéticas : são aquelas que podem ser imantadas, porém o poder magnético é muito fraco ( a maioria das substâncias, como alumínio, platina, estanho, manganês cromo e o ar) Substâncias ferromagnéticas : são aquelas que podem ser imantadas e o poder magnético é forte (ferro, níquel, aço e cobalto).

Campo Magnético (B) Analogamente ao campo elétrico, podemos dizer que há no espaço ao redor de um imã um campo magnético, que pode ser comprovado pela alteração da posição de agulhas magnéticas colocadas em diversos pontos desse espaço. As agulhas se orientam em direções específicas e indicam que sobre elas age algum tipo de força. De fato a força magnética é mediada pelo campo magnético. Entretanto, apesar das das analogias, existem diferenças fundamentais, tais como a inexistência do monopolo magnético, isto é, os polos magnéticos sempre aparecem aos pares, polo norte e polo sul. O agente físico fonte do campo magnético também é a carga elétrica; porém, nesse caso, é preciso

que ela esteja em movimento. Isso significa que partículas carregadas em movimento além se serem fonte de campo elétrico, também são fonte de campo magnético.

Linhas de campo Para o campo magnético também podemos traçar as linhas de campo, isto é, linhas que tangenciam o vetor B em cada ponto desse campo. A orientação dessas linhas segue a do vetor campo magnético.

Atividades

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1)Serrando transversalmente um imã em forma de barra: a) as duas partes de desmagnetizam; b)obtêm-se um pólo norte e um pólo sul; c)na seção de corte, surgem pólos contrários àqueles das extremidades das partes d)o pólo norte conserva-se isolado, mas o sul desaparece. e) o pólo sul conserva-se isolado, mas o pólo norte desaparece. 2) (Cesgranrio-RJ) Aproxima-se uma barra imantada de uma pequena bilha de aço, observa-se que a bilha:

As limalhas de ferro mapeiam o formato do campo magnético ao redor do imã, e por isso ele pode ser representado por linhas denominadas linhas do campo magnético. A explicação mais aceitável hoje em dia para a origem do Campo Magnético Terrestre é baseada na Teoria do Geodínamo que descreve o processo pelo qual um fluido condutor em rotação e convecção mantém um campo magnético, ou seja, o magnetismo terrestre é produzido pela corrente elétrica que surge do movimento de grandes massas de fluidos eletricamente carregados no seu interior . O campo magnético da Terra é vital para a nossa sobrevivência pois nos protege, como um escudo, das partículas de alta energia provenientes do Sol. O campo geomagnético também orienta alguns animais como pombos, abelhas e tartarugas marinhas.

a) é atraída pelo pólo norte e repelida pelo pólo sul b) é atraída pelo pólo sul e repelida pelo pólo norte c) é atraída por qualquer dos pólos d) é repelida por qualquer dos pólos e) é repelida pela parte mediana da barra 3) UFSC) Uma bússola aponta aproximadamente para o Norte geográfico porque: I) o Norte geográfico é aproximadamente o norte magnético II) o Norte geográfico é aproximadamente o sul magnético III) o Sul geográfico é aproximadamente o norte magnético IV) o sul geográfico é aproximadamente o sul magnético Está(ão) correta(s): a) II e III b) I e IV c) somente II d) somente III e) somente IV 4)(UFMA) Por mais que cortemos um ímã, nunca conseguiremos separar seus pólos. Qual o nome deste fenômeno? a) Desintegrabilidade dos pólos b) Separibilidade dos pólos c) Inseparibilidade dos pólos d) Magnetibilidade dos pólos. 5) (UFES) Quando magnetizamos uma barra de ferro estamos: a) retirando elétrons da barra b) acrescentando elétrons à barra c) retirando ímãs elementares da barra d) acrescentando ímãs elementares da barra e) orientando os ímãs elementares da barra 6) (Cesgranrio-RJ) a bússola representada na figura repousa sobre a sua mesa de trabalho. O retângulo tracejado representa a posição em que você vai colocar um ímã, com os pólos respectivos nas posições indicadas. Em presença do ímã, a agulha da bússola permanecerá como em:

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e atrai a agulha.

A partir daí, as áreas de Eletricidade e Magnetismo passaram a ser estudadas indistintamente, dando origem a um conjunto de conceitos e ramo da Física que recebeu o nome de Eletromagnetismo. Os fenômenos elétricos e magnéticos passaram a ser entendidos como tendo a mesma origem (a carga elétrica)

Ondas Como uma onda Lulu Santos Nada do que foi será De novo do jeito que já foi um dia Tudo passa Tudo sempre passará

7)Pares de imãs em forma de barra são dispostos conforme indicam as figuras a seguir: N indica o pólo Norte e S o pólo Sul de cada uma das barras. Entre os imãs de cada um dos pares anteriores I , II e III ocorrerão, respectivamente, forças de:

(A) atração, repulsão, repulsão. (B) atração, atração, repulsão. (C) atração, repulsão, atração. (D) repulsão, repulsão, atração. (E) repulsão, atração, atração.

Campo Magnético e Corrente Elétrica Em 1820 o físico dinamarquês Hans Christian Oersted mostrou que um fio condutor percorrido por uma corrente elétrica produz um campo magnético circula ao seu redor. Ao estabelecer uma corrente elétrica no circuito a agulha da bússola girava, tendendo a se orientar em uma direção perpendicular ao fio. Interrompendo-se a corrente, a agulha retornava à sua posição inicial. Oersted descobriu uma das coisas mais importantes e muito utilizada na tecnologia do mundo atual: CARGAS ELÉTRICAS EM MOVIMENTO (corrente elétrica) PRODUZEM CAMPOS MAGNÉTICOS É por isso que a agulha da bússola só gira quando passa corrente no fio. O fio se transforma num ímã temporário

A vida vem em ondas Como um mar Num indo e vindo infinito Tudo que se vê não é Igual ao que a gente Viu há um segundo Tudo muda o tempo todo No mundo Não adianta fugir Nem mentir Pra si mesmo agora Há tanta vida lá fora Aqui dentro sempre Como uma onda no mar Como uma onda no mar Como uma onda no mar

O que é uma Onda? De um modo geral, qualquer coisa que oscile para frente e para trás, para lá e para cá, de um lado para outro, para dentro e para fora, ligando e desligando ou para cima e para baixo, está vibrando. Uma VIBRAÇÃO é uma oscilação em FUNÇÃO DO TEMPO. Uma ONDA é uma oscilação que é FUNÇÃO TANTO DO TEMPO COMO DO ESPAÇO. A luz e o som são ambos vibrações que se propagam através do espaço como ondas. Tipos de Ondas As ondas sonoras são ondas longitudinais e precisam de um meio material (ar, água, etc) para se propagarem. As ondas luminosas – a luz – são ondas transversais e não necessitam de um meio material. Elas se propagam também no espaço vazio ou vácuo.

Elementos de uma Onda

comprimento 0,4 m. A velocidade da onda vale: 12 m/s

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(B) 75 m/s

(C) 0,013 m/s (D) 0,13 m/s 7,5 m/s 6)Qual a freqüência de uma onda cujo período de oscilação é igual a 0,25 segundos? (A) 0,25 Hz (B) 2 Hz (C) 4 Hz (D) 0,2 Hz 0,4 Hz

Ondas Eletromagnéticas O cientista inglês James Clerk Maxwell descobriu que a LUZ é uma ONDA ELETROMAGNÉTICA formada por campos elétricos e magnéticos variáveis. São duas ondas perpendiculares que caminham sempre juntas. Só que uma vai em pé e a outra vai deitada.

 Atividades 1) Uma onda de comprimento 1,4 cm tem velocidade de 7 cm/s. Qual a freqüência dessa onda? (A) 0,5 Hz (B) 5,0 Hz (C) 1,0 Hz (D) 10 Hz (E) 72 Hz 2)Uma onda tem velocidade de 16 m/s e comprimento igual a 80 cm. Seu período é igual a: (A) 0,2 s (B) 5 s (C) 0,5 s (D) 0,05 s (E) 1280 s 3) Uma onda tem período de 0,2 s e propaga-se com velocidade de 75 m/s. Qual é o seu comprimento de onda? (A) 10 m (B) 15 m (C) 20 m 25 m (E) 30 m 4) O som se propaga no ar com velocidade igual a 340 m/s. Determine o valor do comprimento de onda de uma onda sonora que se propaga no ar com uma freqüência de 425 Hz. (A) 0,75 m (B) 0,80 m (C) 0,85 m (D) 0,90 m (E) 1,0 m 5) Um oscilador harmônico simples, preso a uma corda, produz uma onda de freqüência igual a 30Hz e

TODAS as ondas eletromagnéticas são TRANSVERSAIS e propagam-se no VÁCUO com a MESMA VELOCIDADE, chamada de VELOCIDADE DA LUZ. A velocidade da luz é a maior velocidade que existe na natureza. Seu valor é muito alto, altíssimo! Não existem velocidades maiores! A classificação das ondas eletromagnéticas, quando baseada na FREQÜÊNCIA de vibração das ondas constitui o ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO:

24  Atividade Pesquise o que é radiação ionizante e o que é radiação não ionizante

Ondas de Rádio e TV As ondas de rádio e TV são ondas eletromagnéticas produzidas pela vibração de cargas elétricas em antenas e utilizadas em telecomunicações. As ondas AM e FM diferem por um processo chamado MODULAÇÃO que consiste em produzir modificações ou na amplitude ou na freqüência da onda. As ondas na faixa de freqüência AM de rádio são refletidas pela ionosfera e têm um grande alcance sobre a superfície terrestre. As ondas de TV e FM não são refletidas na ionosfera. Para que estas ondas atinjam grandes distâncias são utilizadas estações retransmissoras ou elas são convertidas em microondas e mandadas para os satélites de telecomunicação em órbita do planeta.

Micro-ondas No forno de microondas as ondas são absorvidas pelas moléculas de água (que são polares) existentes nas substâncias. A absorção das microondas provoca aumento da agitação molecular, causando, então, elevação da temperatura do alimento. Recipientes de vidro, cerâmica e outros materiais, nos quais os alimentos estão contidos, não são aquecidos pelas microondas porque não as absorvem. (ver figura página seguinte) As microondas também são muito utilizadas em telecomunicações. As ligações de telefone e programas de TV recebidos "via satélite" de outros países são feitas com o emprego de micro-ondas. Os telefones celulares também operam com microondas. Um estudo polêmico supervisionado pela OMS, publicado no final de 2009, indicava que o uso do telefone celular pode ter relação com vários tipos de câncer, em especial tumores cerebrais. Então não abuse, use o celular com moderação.

Radiação Infra-vermelha A radiação infravermelha, também chamada de radiação térmica ou “onda de calor”, nos aquece quando estamos em torno de uma fogueira. Estas radiações surgem devido à vibração dos átomos que constituem os materiais. Embora invisível ao olho humano, a radiação infravermelha pode ser percebida por suas propriedades de aquecimento. Seo olho humano fosse sensível à radiação infra-vermelha não haveria necessidade de iluminação artificial, pois tudo seria brilhante durante o dia ou à noite. Os seres vivos se destacariam com nitidez por serem mais quentes e, portanto, mais brilhante que o ambiente. Apenas os objetos frios ficariam negros. A radiação infravermelha também é muito utilizada nas trocas de informações entre computadores, celulares e outros eletrônicos, através do uso de um adaptador IrDA (Infra red Data Association).

Luz Visível A luz visível é o único tipo de onda eleromagnética capaz de sensibilizar os órgãos humanos da visão. Seu comprimento de onda situa-se entre 400 e 700 nanômetros e a freqüência é da ordem e 1014 Hz. Foi Isaac Newton, no século XVII, quem primeiro descreveu a faixa de cores que surge quando a luz branca do Sol atravessa um prisma de vidro. Newton colocou o prisma numa pequena fresta da janela e obteve o seguinte (aproveite para pintar a figura):

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são largamente empregadas para esterilizar dependências hospitalares, cozinhas de hotéis, restaurantes e até mesmo sistemas de ar-Condicionado e purificadores de água.

Raios-X No ar ou no vácuo todas as cores tem a mesma velocidade, que é a velocidade da luz. Mas dentro do vidro a coisa é diferente, a luz vermelha é mais rápida que a luz violeta. Essa diferença de velocidade faz com que as cores se separem, dando origem à DISPERSÃO DA LUZ. A principal DIFERENÇA ENTRE AS CORES É A FREQUÊNCIA de vibração da onda. A luz vermelha tem a menor freqüência e a luz violeta tem a maior.

Os raios X foram descobertos em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Röntgen. Os raios X têm freqüência alta e possuem muita energia. São capazes de atravessar muitas substâncias embora sejam detidos por outras, principalmente pelo chumbo. Os raios X são radiações ionizantes produzidas sempre que um feixe de elétrons dotados de alta energia incidem sobre um alvo material. A energia cinética do feixe incidente é parcialmente transformada em energia eletromagnética, dando origem aos raios X. Os raios X são capazes de impressionar uma chapa fotográfica e são muito utilizados em radiografias, já que conseguem atravessar a pele e os músculos da pessoa, mas são retidos pelos ossos. No ser humano a exposição continua aos raios X podem causar vermelhidão da pele, queimaduras por raios X ou em casos mais graves de exposição, mutações do DNA, morte das células e/ou leucemia.

Do ponto de vista ondulatório, as cores poderiam ser representadas assim, cada uma com sua freqüência:

Radiações Ultra-Violeta Os raios ultravioletas são classificados em 3 tipos : Os raios ultravioletas são emitidos por átomos excitados. Uma exposição freqüente ou de longa duração da pele humana a radiações ultravioleta pode dar origem ao câncer de pele. A luz solar contém uma quantidade apreciável dessas radiações que são, em grande parte, absorvidas pela camada de Ozônio (O3 ) da atmosfera terrestre. A destruição desta camada pode fazer com que o câncer de pele se torne um problema sério para todos nós. Um fato interessante é que o vidro bloqueia tanto o infravermelho quanto o ultravioleta, mas é transparente a luz visível. Em contrapartida, o fato de a radiação ultravioleta ser capaz de matar células vivas (UVC) torna essa radiação útil no combate às bactérias. As lâmpadas de ultravioleta

Raios gama (γ) A radiação gama é produzida pela emissão de partículas subatômicas de elementos radioativos. Os raios gama podem causar danos irreparáveis às células animais. Na explosão de uma arma nuclear há uma enorme emissão destas radiações. A radiação gama é amplamente utilizada na medicina nuclear no tratamento de enfermidades como o câncer em um processo denominado radioterapia. É utilizado também em cirurgias sem corte para eliminação de tumores intracranianos. Sua aplicação mais conhecida é a Tomografia por

Emissão de Pósitrons (PET), onde a emissão gama é direcionada em vários feixes em direção a detectores que posteriormente remontam fatia a fatia toda a estrutura corpórea a ser analisada.

 Atividade 1) Associe as colunas: (a) Microondas ( ) Bactericida (b) Infravermelho ( ) Tratamento do Câncer (c) Luz Visível ( ) Radiação Térmica (d) Ultravioleta ( ) Cores (e) Raios Gama ( ) Telefone Celular 2) Qual dos conjuntos de cores está em ordem crescente de freqüência? (A) verde, azul, vermelho (B) amarelo, laranja, vermelho (C) azul, violeta, vermelho (D) verde, azul, violeta (E)violeta, azul, verde 3)Poderíamos notar a presença de seres vivos na total escuridão se nossos olhos fossem sensíveis: A)aos raios ultravioletas. B)à radiação gama. C)às microondas. D)à radiação infravermelha. E)aos raios X. 4)Dentre as ondas abaixo, qual pode ser refletida na Ionosfera? (A)Raios X (B) Raios Gama (C)Ondas AM (D)Luz Visível (E)Ondas FM 5)Qual dos seguintes tipos de onda não é onda eletromagnética? (A) infravermelho (B) radiação gama (C) ondas luminosas (D)ondas sonoras (E) ondas de rádio 6)Com que cor aparece a luz de mais baixa freqüência? E a de mais alta freqüência? 7)Qual radiação também é chamada de “ondas de calor”? 8) Resolver o “elabore as resoluções” e o “elabore em casa” da página 318 do seu livro

didático.

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DICA: No seu livro didático há maiores informações sobre as ondas eletromagnéticas, não deixe de dar uma BOA lida no conteúdo.

 Atividade com Mapa Conceitual Elaborar à caneta um mapa conceitual sobre o conteúdo de ondas. Seu mapa deverá apresentar:  Conceitos  Desenhos  Colagem Importante: Deverá ser criado por você, expressamente proibido retirar pronto da internet.

Exemplo