A eletrodinâmica é o estudo físico que fundamenta a eletricidade. O nome dessa ciência faz menção à junção de cargas elétricas (eletro) e movimentação (dinâmica). O conhecimento eletrodinâmico favoreceu a criação de dispositivos essenciais no dia a dia, como as lâmpadas, chuveiros e até mesmo os carros elétricos.
No artigo a seguir, você conhecerá mais sobre os três principais conceitos da eletrodinâmica: resistência elétrica, corrente elétrica e potência elétrica. Além disso, entenda melhor a relação entre as Leis de Ohm e essa parte da física. Vamos lá?
Navegue pelo conteúdo
Resumo de eletrodinâmica
No geral, os estudiosos da eletrodinâmica observam o comportamento das cargas elétricas em diferentes meios e materiais e, a partir disso, conseguem prever a distribuição da eletricidade ao longo do tempo.
Na junção entre esses conhecimentos e as leis de Ohm foram criados, por exemplo, ferramentas que transformam energia elétrica em calor ou luminosidade. Nos tópicos a seguir, vamos entender melhor os pilares principais eletrodinâmicos.
Corrente elétrica
A corrente elétrica (i) é a grandeza física que mensura a quantidade de cargas elétricas que atravessam um condutor em um determinado espaço de tempo. Nas normas padrões, ditadas pelo Sistema Internacional de Unidades, o valor de i é expresso em Coulombs por segundo (C/s). Mas, em geral, chamamos essa unidade de ampere, ou seja, 1 C/s = 1 A.
Por exemplo, se observarmos a passagem de 600 Coulombs em um condutor durante um minuto, qual o valor de i?
Para resolver essa questão, você pode utilizar uma regra de três:
600 Coulombs ———— 60 segundos
x C ———– 1 segundo
600.1 = 60.x
x = 10
Podemos dizer, então, que a corrente elétrica em questão é i=10 C/s, ou ainda, i = 10A.
A partir desse raciocínio, foi criada a fórmula da corrente elétrica, que é dada por i = ΔQ/Δt.
- ΔQ é a variação da quantidade de carga (Qf – Qi) observada no tempo medido. Essa grandeza é mensurada em coulombs; e
- Δt é o período de tempo em questão (tf – ti), dado em segundos.
Resistência elétrica
A resistência elétrica é o conceito físico que mede o quanto um determinado material é capaz de impedir a passagem das cargas, ou seja, o fluxo da corrente elétrica.
Esse princípio da eletrodinâmica é regido pelas Leis de Ohm. A primeira lei de Ohm relaciona a diferença de potencial (U, medida em volts V), a corrente elétrica (i) e a resistência (R, medida em ohms Ω) observada no meio, com a seguinte fórmula:
R = U/i
Note que a expressão matemática deixa implícito que, quanto maior for a corrente elétrica, menor a resistência oferecida pelo material. Ao mesmo tempo, se a diferença de potencial for muito grande, as cargas elétricas terão maior dificuldade para transitar.
A segunda lei de Ohm trata mais sobre as características do material que oferece resistência. Com ela, é possível notar que quanto mais comprido for um resistor, maior será a dificuldade para a passagem das cargas elétricas. Ao mesmo tempo, se a área do corte transversal do resistor for muito grande, o trânsito da corrente é facilitado.
A fórmula abaixo equaciona essas informações, considerando que ρ (lê-se rô) é uma característica própria do material em questão, independentemente de seu formato, tamanho ou área superficial.
R = ρ . L / A
- R é a resistência elétrica (Ω);
- L é o comprimento do condutor (L);
- A é a área do condutor (m2); e
- ρ: resistividade (Ω. m2).
Efeito Joule
Quando um material é muito resistente à passagem de corrente elétrica, a perturbação física causada pela travessia das cargas elétricas gera calor. Esse fenômeno tem o nome de Efeito Joule e aparece, principalmente, em sistemas e dispositivos de aquecimento.
Os chuveiros elétricos utilizam uma resistência dentro do equipamento. Conforme a água passa por esse material, a resistividade do material permite que ocorra o efeito Joule, assim o líquido sai aquecido.
Nesse sentido, há conversão de energia elétrica em energia térmica, que pode ser maior ou menor conforme a eficiência do equipamento. Veja, a seguir, os conceitos e fórmulas da potência elétrica.
Potência elétrica
Sempre que pensamos em potência, lembramos da capacidade que um determinado objeto tem de realizar sua função. Essa definição não é diferente na eletrodinâmica. Então, a potência elétrica mede, matematicamente, a capacidade e eficiência que um dispositivo tem de transformar energia elétrica em outras formas de energia.
A fórmula geral é dada pela variação de energia (ΔE) conseguida em um determinado espaço de tempo (Δt): P= ΔE/Δt. Esse cálculo é fornecido nas unidades de medida Joules por segundo (J/s). No SI, essas unidades podem ser chamadas de Watts (W).
Existe ainda uma fórmula da eletrodinâmica que relaciona a potência elétrica com os outros pilares da eletrodinâmica, como você observa a seguir:
P = i. U
U = diferença de potencial
i = corrente elétrica
P = potência elétrica
A partir desse cálculo, podem ser feitas manipulações com as fórmulas das leis de Ohm, de maneira que a potência elétrica é obtida também por:
P = i2.R
P = U2/R
Eletrodinâmica no Enem
Enem 2016 — A utilização de placas de aquecimento solar como alternativa ao uso de energia elétrica representa um importante mecanismo de economia de recursos naturais. Um sistema de aquecimento solar com capacidade de geração de energia de 1,0 MJ/dia por metro quadrado de placa foi instalado para aquecer a água de um chuveiro elétrico de potência de 2 kW, utilizado durante meia hora por dia.
A área mínima da placa solar deve ser de
a) 1,0 m2
b) 1,8 m2
c) 2,0 m2
d) 3,6 m2
e) 6,0 m2
Para esta questão de eletrodinâmica, em primeiro lugar, vamos utilizar a fórmula da potência elétrica para descobrir quanta energia será necessária para o correto funcionamento do chuveiro. Lembre-se de padronizar as medidas de tempo em segundos!
P= ΔE/Δt
ΔE = P.Δt
P = 2kW = 2.103 W = 2.103 J/s
Δt = 30 minutos = 30*60 segundos = 1800s
ΔE = 2.103.1800
ΔE = 36.105
ΔE = 3,6.106 Joules
Sabemos que cada metro quadrado proporciona 1 MJ por dia. Segundo as ordens de grandeza um mega representa 106. Com uma regra de três simples:
1 m2 —— 1.106 J
x m2 —— 3,6.106 J
x = 3,6 m2, como afirma a alternativa D.
Estude para o Enem com a Coruja!
Além das aulas gratuitas disponíveis no YouTube, com resolução de provas, O Estratégia Vestibulares tem um banco de questões! A plataforma está repleta de exercícios de prova com gabarito escrito e em vídeo. Assim, você pode treinar seu conhecimento e depois revisar os pontos de insegurança. Não perca tempo e seja um estrategista agora mesmo!
Veja também:
- Como cai a óptica no Enem
- Refração: fórmulas, ângulos, fenômenos e mais
- Óptica geométrica: o que é, conceitos importantes, fórmulas e questões
- Como a Ondulatória cai no Enem
- Eletricidade: conheça as principais fórmulas e conceitos
- A Lei de Gauss da Eletricidade: conceito e como cai na prova do ITA
- Lei de Faraday-Lenz: definição, fórmulas, aplicações e exercícios
- Indução eletromagnética: o que é, fluxo magnético, fórmulas e aplicações
- Magnetismo no Enem: o que aparece?
- Leis de Ohm: primeira e segunda leis, fórmulas, aplicações e questões
