Eletrodinâmica

A eletrodinâmica é o ramo da Física que estuda as cargas elétricas em movimento. Os principais conceitos estudados nessa área são a corrente elétrica (i), a resistência elétrica (R) e a potência elétrica (P).

A corrente elétrica é o movimento ordenado das cargas e é determinada pela quantidade de carga (ΔQ) que passa em um determinado tempo (Δt). Sua unidade de medida é o ampere (A).

A resistência elétrica é encontrada por meio da 1ª e 2ª lei de Ohm, que relacionam a resistência com a tensão (U) e a corrente (i), bem como a resistência com o tipo de material de que o condutor é feito. Sua unidade de medida é o ohm (Ω).

A potência elétrica é eficiência do dispositivo de transformar energia, nesse caso a energia elétrica. Sua unidade de medida é o watt (w).

Leia também: Leis de Ohm — leis fundamentais para o estudo da eletricidade

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre eletrodinâmica
• 2 - O que é eletrodinâmica?
• 3 - Principais conceitos da eletrodinâmica
  • Corrente elétrica
  • Resistência elétrica
  • → Videoaula: Eletrodinâmica no Enem — resistência elétrica e as leis de Ohm
  • Potência elétrica
• 4 - Eletrodinâmica no Enem
• 5 - Exercícios resolvidos sobre eletrodinâmica

Resumo sobre eletrodinâmica

• A eletrodinâmica estuda as cargas em movimentos.

• Os três principais conceitos da eletrodinâmica são: corrente elétrica, resistência elétrica e potência elétrica.

• Corrente elétrica (i) é a quantidade de carga que passa em um condutor em um determinado tempo.

• Resistência elétrica é a dificuldade da passagem de corrente em um condutor.

• A resistência elétrica obedece à 1ª e 2ª lei de Ohm, formuladas por Georg Simon Ohm.

• A 1ª lei de ohm relaciona a tensão (U) com a corrente elétrica (i).

• Se a resistência de um condutor é constante, chamamos esse resistor de ôhmico.

• A 2ª lei de ohm relaciona a resistência elétrica com o tipo e o formato do material de que é feito o condutor.

• A potência elétrica é a eficiência em transformar energia e pode ser encontrada por meio da tensão e da corrente de um dispositivo.

O que é eletrodinâmica?

É uma subárea da Física que está dentro de eletricidade. A preocupação dessa área é estudar o movimento das cargas elétricas. Por isso, o estudo da eletrodinâmica consiste em entender e aplicar a corrente elétrica, a resistência elétrica e a potência elétrica.

Principais conceitos da eletrodinâmica

A eletrodinâmica está preocupada em entender os efeitos das cargas em movimento. Assim, seus principais conceitos são: corrente elétrica, resistência elétrica e potência elétrica

• Corrente elétrica

A corrente elétrica é o movimento ordenado das cargas elétricas dentro de um condutor devido a uma diferença de potencial (ddp). A intensidade da corrente (i) é calculada pela quantidade de cargas (ΔQ) que passam no condutor em um determinado tempo (Δt):

 i: corrente elétrica (C/s ou A)

Q: carga elétrica (C)

 t: tempo (s)

→ Videoaula: Eletrodinâmica no Enem — corrente elétrica

• Resistência elétrica

A resistência elétrica é a dificuldade na passagem de corrente elétrica. Ela obedece à 1ª e à 2ª lei de Ohm (leis formuladas por Georg Simon Ohm sobre o funcionamento da resistência elétrica).

→ 1ª lei de Ohm

A 1ª lei de ohm determina que a corrente elétrica (i) é proporcional à tensão (U) a que o condutor está submetido. E se essa relação é constante, ou seja, se a resistência elétrica (R) é constante, chamamos esses resistores de ôhmicos.

i: corrente elétrica (A)

R: resistência elétrica (Ω)

U: tensão (V)

→ 2ª lei de ohm

A segunda lei de Ohm determina que a resistência elétrica é uma característica do corpo e depende do formato (comprimento e área) e do material com o qual o corpo é feito, a resistividade (ρ). A 2ª lei de Ohm relaciona essas duas características.

L: comprimento do condutor (L)

R: resistência elétrica (Ω)

A: área do condutor (m²)

ρ: resistividade (Ω. M²)

→ Videoaula: Eletrodinâmica no Enem — resistência elétrica e as leis de Ohm

• Potência elétrica

A potência é a eficiência dos equipamentos em transformar energia, ou seja, o quão rápido o dispositivo consegue transformar uma energia (ΔE) em outra. É medida em watts (W).

No caso da potência elétrica, temos a eficiência de transformar a energia elétrica em outras energias, como térmica, luminosa e sonora.

P: potência elétrica (A.V ou W)

i: corrente elétrica (A)

U: tensão (V)

Para encontrar a potência elétrica em resistores, podemos modificar essa primeira equação de potência elétrica junto com a equação de resistência elétrica. Isolando a tensão (U), na equação da resistência elétrica, temos:

Substituindo o U na equação da potência elétrica, temos:

E ainda podemos achar outra equação isolando a corrente (i) na equação da resistência elétrica e substituindo na equação da potência elétrica:

Leia também: Circuitos elétricos — ligações que permitem a circulação da corrente elétrica

Eletrodinâmica no Enem

A eletrodinâmica pode ser encontrada no cotidiano facilmente em qualquer dispositivo elétrico que utilizamos. Por isso, esse é um dos assuntos mais cobrados, em Física, no Enem.

Tendo isso em vista, questões que envolvam circuitos, como o chuveiro elétrico e lâmpadas, que envolvam transformação de energia, entre outras, são questões de análise eletrodinâmica. Vejamos um exemplo a seguir.

(Enem 2016) Uma lâmpada LED (diodo emissor de luz), que funciona com 12V e corrente contínua de 0,45 A, produz a mesma quantidade de luz que uma lâmpada incandescente de 60 W de potência.

Qual é o valor da redução da potência consumida ao se substituir a lâmpada incandescente pela de LED?

Resolução

Utilizando a equação da potência e colocando as informações do enunciado, temos:

Como o exercício pede a redução da potência, temos que a potência da lâmpada incandescente era de 60 W, e a de LED, 5,4 W. Subtraindo uma pela outra, temos que a redução foi de 54,6 W.

Exercícios resolvidos sobre eletrodinâmica

1.  (Enem 2017) A capacidade de uma bateria com acumuladores, tal como a usada no sistema elétrico de um automóvel, é especificada em ampère hora (Ah). Uma bateria de 12 V e 100 Ah fornece 12 J para cada coulomb de carga que flui através dela.

Se um gerador, de resistência interna desprezível, que fornece uma potência elétrica média igual a 600 W, fosse conectado aos terminais da bateria descrita, quanto tempo ele levaria para recarregá-la completamente?

a) 0,5 h

b) 2 h

c) 12 h

d) 50 h

 e) 100 h

Resolução

Alternativa B.

Para sabermos o tempo, precisamos descobrir a quantidade de energia total quando a carga estiver completa, ou seja, quando a quantidade de carga Q for igual 100A.h. Como a carga normalmente é vista em coulomb, vamos transformar a unidade de medida. Como em uma hora, temos 3600 segundos, podemos multiplicar os 100 A.h por 3600 segundos, ficando com 360000 C.

Se 1 C fornece 12 J de energia, por regra de três, 360000 C fornecem 4320000 J:

Utilizando a equação da potência e isolando o tempo (t):

Transformando os segundos em horas, temos que 7200 segundos = 2 horas.

2.  (Enem 2016) Um eletricista deve instalar um chuveiro que tem as especificações 220 V - 4.400 W a 6.800 W. Para a instalação de chuveiros, recomenda-se uma rede própria, com fios de diâmetro adequado e um disjuntor dimensionado à potência e à corrente elétrica, previstas com uma margem de tolerância próxima de 10%. Os disjuntores são dispositivos de segurança utilizados para proteger as instalações elétricas de curtos-circuitos e sobrecargas elétricas e devem desarmar sempre que houver passagem de corrente elétrica superior à permitida no dispositivo.

Para fazer uma instalação segura desse chuveiro, o valor da corrente máxima do disjuntor deve ser:

a) 20 A

b) 25 A

c) 30 A

d) 35 A

e) 40 A

Resolução

Alternativa D.

Para encontrarmos a corrente máxima que pode passar pelo disjuntor, precisamos utilizar o valor máximo de potência (6800W) na equação da potência elétrica:

Só que o enunciado afirma que o disjuntor prevê 10% a mais de corrente, então, para calcular essa diferença:

Somando as duas, temos um valor aproximado de 33 A.