fundamentos de física iii fundamentos de física iii - Departamento de ...

Vemos na tabela 20.1 que os metais puros são os melhores condutores e
que suas resistividades são da ordem de
20
10 vezes menores que a resistividade de
alguns dielétricos. Os metais são também bons condutores de calor, pois os
elétrons, responsáveis pela condução elétrica, têm também papel relevante na
condução térmica.
De forma geral pode-se afirmar que bons condutores de eletricidade são
bons condutores de calor. No entanto as diferenças entre as condutividades
térmicas dos materiais são muito menores. Não há condutores de calor tão
eficientes quanto o são os bons condutores elétricos, assim como não há isolantes
térmicos com a eficiência dos isolantes elétricos. Isto permite que manipulemos
fluxos de cargas elétricas com muito mais facilidade do que se pode fazer com a
energia térmica.
PR20.1) Como você espera que ocorra a variação da resistividade com a
temperatura de um bom isolante tal como vidro ou poliestireno?
deslocamento diferencial e integrarmos do pólo negativo até o positivo
encontraremos:
1
q
+ r 1 + r 1
FNC
dl +
− ∫ E • dl =
−
∫
r r + r r
• ∫ ∆F
• dl
q q
−
(20.3)
A primeira integral é a força eletromotriz do gerador; a segunda é o
negativo da diferença de potencial entre seus pólos positivo e negativo; e a
terceira é a energia necessária, por unidade de carga, para manter as
cargas em movimento, e que aparece como energia térmica no próprio
gerador.
gerador,
Esta energia por unidade de carga é igual à resistência interna do
r , multiplicada pela corrente que o atravessa. Podemos, então,
reescrevendo esta última equação, mostrar a relação entre a diferença de potencial
entre os terminais de um gerador e sua força eletromotriz, agora em um circuito
fechado:
20.2 POTÊNCIA EM CIRCUITOS ELÉTRICOS
V+ −
= ε − ri. (circuito fechado) (20.4)
Quando não há qualquer circuito externo que possibilite a passagem de
corrente, a diferença de potencial entre os terminais de um gerador de força
eletromotriz é igual à força eletromotriz desse gerador.
Quando ligamos seus terminais, externamente, com um condutor, elétrons
deixam o pólo negativo, indo para o pólo positivo e há uma ligeira diminuição na
diferença de potencial entre os pólos, com uma conseqüente diminuição do campo
no interior do gerador. Esta diminuição é necessária para manter uma corrente no
circuito.
Note que, quando o circuito estava aberto, a força elétrica sobre as cargas
era igual e contrária à força não conservativa, que caracteriza a força eletromotriz
do gerador, e isto mantinha as cargas com velocidade média nula. Devemos ter,
portanto:
onde
r
F NC
r r
+ qE = ∆F ,
(20.2)
∆ F r
é força necessária para manter a corrente no interior do gerador. Se
multiplicarmos um produto escalar dos membros dessa equação por um
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Em geral, a resistência interna dos geradores, que idealmente seria nula, é
pequena, comparada às resistências presentes no circuito externo. Em uma pilha
comercial, que usamos em aparelhos elétricos, a fem depende dos materiais
utilizados em sua produção, e é uma característica, imutável, desse dispositivo. Sua
resistência interna, no entanto, que inicialmente não é grande e assim permanece
por um bom tempo, tem um grande aumento devido a uma diminuição do número
de portadores de carga disponíveis, ao final de sua vida útil. Por isso, se medimos a
diferença de potencial entre seus terminais encontramos uma tensão muito
próxima do valor de sua fem. Quando a colocamos em um aparelho que requer
uma corrente razoavelmente maior, a voltagem cai bastante devido ao termo
equação 20.4, e a pilha já não faz funcionar o aparelho.
20.2.1 POTÊNCIA E EFEITO JOULE
r i da
Um gerador de força eletromotriz é usado para entregar energia elétrica a
uma série de dispositivos que têm características e usos diversos. Em um resistor
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