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8º ano · Ciências
A energia · Os circuitos elétricos

Grandezas elétricas: tensão, intensidade da corrente e resistência

Antes de começar, convém dominares: Conversão de unidades (6º ano do Ensino Fundamental (Anos Finais))

Quando você liga o carregador do celular na tomada, algo invisível viaja pelo fio até a bateria. Você não o vê, mas pode descrevê-lo com três grandezas: quanto ele «empurra», quanta carga passa em cada segundo e quanto o caminho se opõe a essa passagem. Vamos conhecê-las.

A tensão elétrica: o «impulso» da pilha

Se você ligar uma pequena lâmpada a uma pilha de $1{,}5\ \text{V}$, ela brilha pouco; se ligá-la a uma pilha de $4{,}5\ \text{V}$, ela brilha muito mais. Que propriedade da pilha faz com que as cargas se movam com mais energia?

Pense em um reservatório de água elevado ligado a um cano. Quanto mais alto estiver o reservatório, mais impulso tem a água para sair. Na eletricidade acontece o mesmo: quanto maior a tensão, maior o impulso sobre as cargas.

Analogia hidráulica da tensão: a água de um reservatório alto sai do cano com muito impulso e chega longe; a de um reservatório baixo sai com pouco impulso e cai quase na vertical, tal como uma tensão maior dá mais impulso às cargas. reservatório alto muita altura reservatório baixo pouca altura muito impulso: sai com força (maior tensão) pouco impulso: sai fraco (menor tensão)
Pratica★☆☆Por começar
O controle remoto da televisão funciona com duas pilhas que têm impresso $1,5\ \text{V}$. Que grandeza elétrica esse número indica? Explique com as suas palavras o que…

O controle remoto da televisão funciona com duas pilhas que têm impresso $1,5\ \text{V}$. Que grandeza elétrica esse número indica? Explique com as suas palavras o que ele nos diz sobre o «impulso» que a pilha dá às cargas do circuito.

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Pratica★☆☆Por começar
Ordene estas pilhas do maior para o menor «impulso» sobre as cargas: a pilha de $9\ \text{V}$ de um detector de fumaça, a de $4,5\ \text{V}$ de uma lanterna antiga e a…

Ordene estas pilhas do maior para o menor «impulso» sobre as cargas: a pilha de $9\ \text{V}$ de um detector de fumaça, a de $4,5\ \text{V}$ de uma lanterna antiga e a de $1,5\ \text{V}$ de um relógio de parede. Que grandeza você comparou para ordená-las?

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Pratica★★★Por começar
A tensão das tomadas lá de casa é de $230\ \text{V}$ e a de uma pilha de botão é de $3\ \text{V}$. a) Que grandeza estamos comparando? b) Explique, usando a ideia de…

A tensão das tomadas lá de casa é de $230\ \text{V}$ e a de uma pilha de botão é de $3\ \text{V}$.

  1. a) Que grandeza estamos comparando?
  2. b) Explique, usando a ideia de «impulso» sobre as cargas, por que a rede elétrica é perigosa e uma pilha de botão não.
  3. c) O corpo humano oferece uma certa resistência à passagem da corrente. Com essa ideia, justifique o que acontecerá se a tensão a que estamos expostos for muito maior.
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A intensidade da corrente: quanta carga passa

Continuando com o reservatório: a intensidade da corrente é como a vazão, a quantidade de água que sai do cano em cada segundo. Se você abrir a torneira por completo, a vazão é maior.

Analogia hidráulica da intensidade da corrente: em cima, um cano largo dá uma vazão grande, como um fio por onde passam muitas cargas em cada segundo (intensidade alta); em baixo, um cano estreito dá uma vazão pequena, como um fio por onde passam poucas cargas em cada segundo (intensidade baixa). Água num cano Corrente num fio reservatório cano largo vazão grande intensidade alta muitas cargas por segundo reservatório cano estreito vazão pequena intensidade baixa poucas cargas por segundo
Pratica★☆☆Por começar
Que grandeza elétrica indica a quantidade de carga que atravessa um condutor em cada segundo? Em que unidade se mede no Sistema Internacional?

Que grandeza elétrica indica a quantidade de carga que atravessa um condutor em cada segundo? Em que unidade se mede no Sistema Internacional?

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Pratica★★☆Por começar
O manual de instruções de um drone de brinquedo indica que seus motores consomem $500\ \text{mA}$. a) Expresse essa intensidade em ampères. b) Consome mais ou menos…

O manual de instruções de um drone de brinquedo indica que seus motores consomem $500\ \text{mA}$.

  1. a) Expresse essa intensidade em ampères.
  2. b) Consome mais ou menos corrente do que uma lâmpada atravessada por $0,6\ \text{A}$?
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Pratica★★★Por começar
Um ventilador portátil funciona com quatro pilhas de $1,5\ \text{V}$ colocadas em série, como mostra a figura, e o conjunto fornece $6\ \text{V}$. a) Qual grandeza se…

Um ventilador portátil funciona com quatro pilhas de $1,5\ \text{V}$ colocadas em série, como mostra a figura, e o conjunto fornece $6\ \text{V}$.

1,5 V1,5 V1,5 V1,5 V 6 V
  1. a) Qual grandeza se soma ao colocar as pilhas dessa forma?
  2. b) Explique esse resultado imaginando várias bombas de água colocadas em sequência na mesma tubulação.
  3. c) Qual tensão o conjunto forneceria se retirássemos uma das pilhas?
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A resistência elétrica: o que dificulta a passagem

Se você ligar uma pilha a um fio de cobre, a corrente passa com facilidade; mas se colocar no lugar dele uma mina fina de grafite, a lâmpada brilha menos. Que propriedade do material dificulta a passagem das cargas?

No cano de água, a resistência é como o seu estrangulamento: um cano estreito deixa passar menos água do que um largo, mesmo que o reservatório esteja à mesma altura. Também conta o comprimento: um cano comprido oferece mais dificuldade do que um curto.

Analogia hidráulica da resistência: o mesmo reservatório, com a água à mesma altura, esvazia-se por dois canos; pelo cano largo, que oferece pouca resistência, sai muita água, e pelo estreito, que oferece muita resistência, sai pouca. mesmo reservatório, mesma altura de água cano estreito: muita resistência passa pouca água cano largo: pouca resistência passa muita água

Num circuito, o mesmo acontece com os fios: um fio curto e grosso deixa passar bem a corrente; um fio comprido e fino oferece mais resistência. Também conta o material: o cobre tem pouca resistência (é bom condutor); a grafite tem mais; o plástico tem tanta que não deixa passar corrente (é isolador).

Pratica★☆☆Por começar
Todos os componentes de um circuito dificultam em maior ou menor grau a passagem da corrente. Que grandeza mede essa oposição? Em que unidade ela se expressa?

Todos os componentes de um circuito dificultam em maior ou menor grau a passagem da corrente. Que grandeza mede essa oposição? Em que unidade ela se expressa?

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Pratica★☆☆Por começar
Associe cada grandeza elétrica à sua unidade e escreva os três pares completos: a) Tensão. b) Intensidade da corrente elétrica. c) Resistência. Unidades: ohm ($\Omega$),…

Associe cada grandeza elétrica à sua unidade e escreva os três pares completos:

  1. a) Tensão.
  2. b) Intensidade da corrente elétrica.
  3. c) Resistência.

Unidades: ohm ($\Omega$), volt ($\text{V}$) e ampère ($\text{A}$).

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Pratica★☆☆Por começar
Na analogia hidráulica, um circuito elétrico se assemelha a um circuito de água com um reservatório elevado e encanamentos, como mostra a figura. Indique a que grandeza…

Na analogia hidráulica, um circuito elétrico se assemelha a um circuito de água com um reservatório elevado e encanamentos, como mostra a figura.

h reservatório a) b) c)

Indique a que grandeza elétrica corresponde cada elemento:

  1. a) A altura em que se encontra o reservatório.
  2. b) A vazão de água que circula pelo cano.
  3. c) O estrangulamento do cano.
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Pratica★★☆Por começar
Uma mangueira está ligada a um reservatório de água elevado, como mostra a figura. a) Se elevarmos o reservatório a uma altura maior, o que acontece com a vazão da água…

Uma mangueira está ligada a um reservatório de água elevado, como mostra a figura.

h reservatório mangueira vazão
  1. a) Se elevarmos o reservatório a uma altura maior, o que acontece com a vazão da água que sai pela mangueira?
  2. b) Transponha a resposta para um circuito: que grandeza elétrica representa a altura do reservatório e o que acontece com a corrente se ela aumentar?
  3. c) Se agora estreitarmos a mangueira, o que acontece com a vazão? A que isso corresponde no circuito?
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Pratica★★☆Por começar
Por um cano largo e curto a água flui com facilidade; por um estreito e comprido tem muito mais dificuldade. a) Qual dos dois oferece mais resistência à passagem da…

Por um cano largo e curto a água flui com facilidade; por um estreito e comprido tem muito mais dificuldade.

  1. a) Qual dos dois oferece mais resistência à passagem da água?
  2. b) Transponha a ideia para dois fios de cobre, um curto e grosso e outro longo e fino: por qual deles a corrente circulará melhor? Justifique.
Resolver
Pratica★★★Por começar
Ligamos separadamente à mesma pilha, com uma lâmpada, uma barra de cobre e uma mina de lápis (grafite) do mesmo tamanho: com o cobre a lâmpada brilha visivelmente mais.…

Ligamos separadamente à mesma pilha, com uma lâmpada, uma barra de cobre e uma mina de lápis (grafite) do mesmo tamanho: com o cobre a lâmpada brilha visivelmente mais.

  1. a) Qual dos dois materiais tem maior resistência? Como você sabe?
  2. b) Você diria que a grafite é condutora ou isolante? Justifique com o que você observou.
  3. c) Apresente uma razão pela qual os revestimentos dos cabos são de plástico e não de grafite.
Resolver

Unidades e múltiplos

Grandeza Símbolo Unidade (SI) Símbolo da unidade
Tensão elétrica $U$ volt $\text{V}$
Intensidade da corrente $I$ ampère $\text{A}$
Resistência elétrica $R$ ohm $\Omega$

Para valores grandes de resistência usa-se o quilo-ohm: $1\ \text{k}\Omega = 1000\ \Omega$. Por exemplo, $2{,}2\ \text{k}\Omega = 2200\ \Omega$.

Pratica★☆☆Por começar
Complete a frase com as palavras que faltam: «A tensão é medida em $\dots$, a intensidade da corrente em $\dots$ e a resistência em $\dots$». Escreva em seguida o…

Complete a frase com as palavras que faltam: «A tensão é medida em $\dots$, a intensidade da corrente em $\dots$ e a resistência em $\dots$». Escreva em seguida o símbolo de cada unidade.

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Pratica★★☆Por começar
No laboratório existem três resistores identificados como $2\ \text{k}\Omega$, $2200\ \Omega$ e $2,5\cdot10^{3}\ \Omega$. a) Expresse os três valores em ohms. b)…

No laboratório existem três resistores identificados como $2\ \text{k}\Omega$, $2200\ \Omega$ e $2,5\cdot10^{3}\ \Omega$.

  1. a) Expresse os três valores em ohms.
  2. b) Ordene-os do menor para o maior valor de resistência.
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Pratica★★☆Por começar
Ao medir com o multímetro uma pilha de controle remoto que deveria fornecer $1,5\ \text{V}$, o aparelho indica $1,2\ \text{V}$. a) Que grandeza medimos e em que unidade?…

Ao medir com o multímetro uma pilha de controle remoto que deveria fornecer $1,5\ \text{V}$, o aparelho indica $1,2\ \text{V}$.

  1. a) Que grandeza medimos e em que unidade?
  2. b) O que você acha que aconteceu com a pilha? Você continuaria a usá-la em um aparelho que precisa de muita energia?
Resolver
Pratica★★★Por começar
Estas frases de um teste contêm erros de unidades. Corrija cada uma e justifique a correção: a) «A pilha tem uma intensidade de $1,5\ \text{V}$». b) «Pela lâmpada passa…

Estas frases de um teste contêm erros de unidades. Corrija cada uma e justifique a correção:

  1. a) «A pilha tem uma intensidade de $1,5\ \text{V}$».
  2. b) «Pela lâmpada passa uma tensão de $0,3\ \text{A}$».
  3. c) «A resistência deste cabo é de $10\ \text{V}$».
Resolver

O multímetro: medir as três grandezas

  • Para medir a tensão, ligam-se as pontas de prova aos dois terminais do componente, em paralelo, sem cortar o fio (aparelho: voltímetro).

  • Para medir a intensidade da corrente, abre-se o circuito e intercala-se o aparelho em série, para que toda a corrente passe por ele (aparelho: amperímetro).

  • Para medir a resistência, mede-se o componente desligado do circuito (aparelho: ohmímetro).

Dois circuitos com pilha e lâmpada: no da esquerda, o voltímetro está ligado aos terminais da lâmpada (em paralelo) e mede a tensão; no da direita, o amperímetro está intercalado no fio (em série) e mede a intensidade da corrente. V A voltímetro em paralelo amperímetro em série
Pratica★☆☆Por começar
No laboratório utilizamos um aparelho que pode medir tensão, intensidade da corrente e resistência conforme a posição do seu seletor rotativo. a) Como ele se chama? b)…

No laboratório utilizamos um aparelho que pode medir tensão, intensidade da corrente e resistência conforme a posição do seu seletor rotativo.

  1. a) Como ele se chama?
  2. b) Que unidade você selecionaria com o botão para verificar a pilha de $4,5\ \text{V}$ de um brinquedo?
Resolver
Pratica★★☆Por começar
Queremos medir com o multímetro a resistência de uma lâmpada desligada do circuito. a) Que unidade selecionamos com o seletor do aparelho? b) Se o multímetro indicar…

Queremos medir com o multímetro a resistência de uma lâmpada desligada do circuito.

  1. a) Que unidade selecionamos com o seletor do aparelho?
  2. b) Se o multímetro indicar $10\ \Omega$, explique o que significa esse valor.
Resolver
Pratica★★☆Por começar
Observe o circuito da figura, com as duas posições possíveis (A e B) do multímetro. Para medir a tensão nos terminais de uma lâmpada ligada a uma pilha, onde colocamos…

Observe o circuito da figura, com as duas posições possíveis (A e B) do multímetro.

A B pilha lâmpada

Para medir a tensão nos terminais de uma lâmpada ligada a uma pilha, onde colocamos as duas pontas de prova do multímetro: em contato com os dois terminais da lâmpada ou interrompendo um fio e intercalando o aparelho no circuito? Explique o que o multímetro mede em cada ligação.

Resolver
Pratica★★☆Por começar
Queremos medir a corrente que atravessa uma lâmpada em um circuito com pilha, como o da figura, que apresenta duas ligações possíveis (A e B) do aparelho. a) Onde se…

Queremos medir a corrente que atravessa uma lâmpada em um circuito com pilha, como o da figura, que apresenta duas ligações possíveis (A e B) do aparelho.

AB pilhalâmpada
  1. a) Onde se deve intercalar o amperímetro?
  2. b) Explique por que não basta simplesmente tocar nos dois terminais da lâmpada com as pontas de prova.
Resolver
Pratica★★★Por começar
Observe na figura como se ligam o amperímetro e o voltímetro. O amperímetro é ligado intercalando-o no circuito, de modo que toda a corrente passe por ele. a) Justifique…

Observe na figura como se ligam o amperímetro e o voltímetro.

A V amperímetrovoltímetro

O amperímetro é ligado intercalando-o no circuito, de modo que toda a corrente passe por ele.

  1. a) Justifique se a resistência interna dele deve ser muito grande ou muito pequena, pensando no que aconteceria com a corrente que queremos medir.
  2. b) O voltímetro, por outro lado, é ligado aos dois terminais do componente. Justifique se nele convém ter uma resistência interna grande ou pequena, pensando em qual caminho a corrente preferirá seguir.
Resolver
Pratica★★★Por começar
Você dispõe de uma pilha, uma lâmpada, fios de ligação e um multímetro. Descreva passo a passo como mediria: a) A tensão que a pilha aplica à lâmpada. b) A intensidade…

Você dispõe de uma pilha, uma lâmpada, fios de ligação e um multímetro. Descreva passo a passo como mediria:

  1. a) A tensão que a pilha aplica à lâmpada.
  2. b) A intensidade da corrente que a atravessa.
  3. c) Explique por que razão, num dos casos, o aparelho é colocado ligado aos terminais da lâmpada e, no outro, intercalado no circuito.
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Analogia hidráulica e pilhas em série

Podemos juntar tudo num circuito de água com bomba:

Circuito elétrico Circuito de água
Pilha (gerador) Bomba
Fios Canos
Lâmpada Estrangulamento (a resistência)
Corrente elétrica Vazão de água
Tensão Altura / impulso da bomba

Com essa analogia, preveem-se mudanças: com uma pilha de maior tensão a lâmpada brilha mais (mais impulso, mais corrente); um fio comprido e fino ou uma segunda lâmpada em série aumentam a resistência e a corrente diminui, logo a lâmpada brilha menos.

Quando se colocam pilhas em série, ligadas uma a seguir à outra, as tensões somam-se. É como ter várias bombas seguidas no mesmo cano: cada uma dá o seu impulso. Quatro pilhas de $1{,}5\ \text{V}$ dão $4 \times 1{,}5 = 6\ \text{V}$.

Quatro pilhas de 1,5 V ligadas em série, uma a seguir à outra, que fornecem 6 V no total. 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V total: 6 V
Pratica★★★Por começar
Montamos um circuito com uma pilha, fios de ligação e uma lâmpada. a) Construa a analogia hidráulica completa: indique o que representam, num circuito de água com bomba,…

Montamos um circuito com uma pilha, fios de ligação e uma lâmpada.

  1. a) Construa a analogia hidráulica completa: indique o que representam, num circuito de água com bomba, a pilha, os fios, a lâmpada e a corrente.
  2. b) Usando a analogia, preveja o que acontece com o brilho da lâmpada se trocarmos por uma pilha de maior tensão.
  3. c) E se adicionarmos uma segunda lâmpada que "estreite" mais a passagem?
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Pratica★★★Por começar
Numa montagem de laboratório, o Lucas substitui o fio grosso por um fio de cobre muito fino e comprido, e observa que a lâmpada brilha menos. a) Que grandeza do novo fio…

Numa montagem de laboratório, o Lucas substitui o fio grosso por um fio de cobre muito fino e comprido, e observa que a lâmpada brilha menos.

  1. a) Que grandeza do novo fio se alterou em relação ao anterior?
  2. b) Explique, com a analogia hidráulica, por que a lâmpada brilha menos.
  3. c) Preveja o que deve ter acontecido com a medição do amperímetro do circuito: marca mais, menos ou o mesmo?
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Voltando ao princípio: no carregador do celular, o transformador fornece cerca de $5\ \text{V}$ de impulso (tensão), passa uma corrente de cerca de $2\ \text{A}$ (intensidade) em direção à bateria e o fio tem uma resistência muito baixa, para não aquecer nem desperdiçar energia.

Em resumo

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