Eletrodinãmica

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Eletrodinãmica

Mensagem  Professor Renato em Sab Jun 04, 2011 10:42 am

Condutividade térmica

É a propriedade física de um material que indica sua capacidade de conduzir calor. Sua aplicação básica é a Lei de Fourier da condução do calor.

Define-se a condução do calor pela equação abaixo:


onde:

* ΔQ/Δt é a taxa de fluxo de calor;
* k é a condutividade térmica;
* A é a área total da superfície condutora;
* Δt é a diferença de temperatura;
* x é a espessura da superfície condutora que separa as duas temperaturas.

Reorganizando a equação, a fórmula da condutibilidate fica:



Assim, a condutividade térmica pode ser definida como a quantidade de calor transmitida durante o tempo Δt através de uma distância x, em uma direção normal à superfície de área A, devido à diferença de temperatura ΔT, sob condições estacionárias e quando a transferência de calor depende exclusivamente do gradiente de temperatura.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade para condutividade térmica é watt por metro por kelvin, W/(m·K).


A condutividade térmica dos materiais

Nos metais, a condutividade térmica acompanha aproximadamente a condutividade elétrica, de acordo com a Lei de Wiedemann-Franz, já que os elétrons livres presentes nesses materiais conduzem não somente a corrente elétrica, mas também o calor.
Mas isso não é uma regra geral, já que há materiais, como a prata, que é grande condutora de eletricidade, porém pior condutora térmica que o diamante, um isolante elétrico.
Diversas propriedades dos materiais influenciam em sua condutividade térmica, em especial sua estrutura íntima e sua temperatura.
O ar e outros gases são geralmente bons isolantes na ausência de processos convectivos. É por isso que muitos materiais usados como isolantes térmicos nada mais são do que coleções de espaços preenchidos com algum gás, o que evita grandes correntes de convecção. É o que acontece, por exemplo, quando uma galinha exposta ao frio arrepia suas penas, formando bolsões de ar que atuam como isolantes térmicos muito eficazes.


Capacitância e Capacitores

http://www.lasallecaxias.com.br/alunos/fisica/capacitores/capacitores.htm



Tensão elétrica

Muitas vezes, na propaganda de certos produtos de eletrônicos, destaca-se a sua potência. Podemos citar como exemplos os aparelhos de som, os chuveiros e as fontes dos microcomputadores.
Sabemos que esses aparelhos necessitam de energia elétrica para funcionar. Ao receberem essa energia elétrica, eles a transformam em outra forma de energia. No caso do chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em energia térmica.
Quanto mais energia for transformada em um menor intervalo de tempo, maior será a potência do aparelho. Portanto, podemos concluir que potência elétrica é uma grandeza que mede a rapidez com que a energia elétrica é transformada em outra forma de energia.
Define-se potência elétrica como a razão entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação.

Observe o quadro abaixo:




Potência elétrica dissipada


Com as duas últimas fórmulas do quadro, é possível determinar a potência dissipada e, com a fórmula que se encontra no canto inferior direito do quadro, pode-se responder uma pergunta que várias vezes é levantada nas aulas de física sobre esse assunto: "Quando colocamos a chave do chuveiro na posição inverno, aumentamos ou diminuímos a resistência do chuveiro?"
O chuveiro é ligado a uma tensão praticamente constante. Na posição inverno, a água sai mais quente e por isso está havendo uma maior dissipação de energia. Se a tensão é constante, para ocorrer o aumento da potência é necessário diminuirmos o valor da resistência. Observe a fórmula mencionada, a resistência está no denominador, e por isso a sua redução acarreta no aumento da potência dissipada.

Unidades de potência e energia elétrica

Nos livros didáticos em geral, são adotados dois sistemas de unidades, o Sistema Internacional e o sistema prático. Vamos ver as unidades de potência e energia elétrica nesses dois sistemas.

Potência elétrica

As duas unidades de potência mais usadas são o watt (W) e o quilowatt (kW). Elas estão representadas no quadro abaixo, assim como a conversão entre elas:



Resistência elétrica, resistividade e leis de Ohm



No inicio do século 19, o físico alemão Georg Simon Ohm (1787-1854) descobriu duas leis que determinam a resistência elétrica dos condutores. Essas leis, em alguns casos, também valem para os semicondutores e os isolantes.

A primeira lei de Ohm

Considere um fio feito de material condutor. As extremidades desse fio, são ligadas aos pólos de uma pilha, como mostra a figura abaixo. Desse modo, a pilha estabelece uma diferença de potencial no fio condutor e, conseqüentemente, uma corrente elétrica. Para se determinar o valor da corrente elétrica, coloca-se em série no circuito um amperímetro e, em paralelo, um voltímetro que permititrá a leitura da tensão. A montagem do circuito está ilustrada na figura abaixo:




Com o circuito montado e funcionando, fazemos as medições de tensão e corrente através dos aparelhos instalados. Agora imagine que a diferença de potencial da pilha seja dobrada (podemos fazer isso ligando uma segunda pilha em série com a primeira). Como resultado dessa alteração, o voltímetro marcará o dobro da tensão anterior, e o amperímetro marcará o dobro de corrente elétrica. Se triplicarmos a diferença de potencial, triplicaremos a corrente elétrica. Isso quer dizer que a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica tem um valor constante. Essa constante é simbolizada pela letra R.



Se colocarmos a corrente elétrica (i) em evidência, podemos observar que, quanto maior o valor de R, menor será a corrente elétrica. Essa constante mostra a resistência que o material oferece à passagem de corrente elétrica.
A primeira lei de Ohm estabelece que a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica em um condutor é igual a resistência elétrica desse condutor. Vale salientar que a explicação foi desenvolvida tendo como base um condutor de resistência constante. É por isso que condutores desse tipo são chmados de condutores ôhmicos.
A unidade de resistência elétrica no Sistema Internacional está exposta no quadro abaixo:





A segunda lei de Ohm


A primeira lei de Ohm nos apresentou uma nova grandeza física, a resistência elétrica. A segunda lei de Ohm nos dirá de que fatores influenciam a resistência elétrica. De acordo com a segunda lei, a resistência depende da geometria do condutor (espessura e comprimento) e do material de que ele é feito. A resistência é diretamente proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional a área de secção (a espessura do condutor). Observe a figura abaixo.




A figura apresenta a segunda lei de Ohm, onde L representa o comprimento do condutor e A é a área de sua secção reta. Essa equação mostra que se aumentarmos o comprimento do fio, aumentaremos a resistência elétrica, e que o aumento da área resultará na diminuição da resistência elétrica.
O p é a resistividade do condutor, que depende do material de que ele é feito e da sua temperatura.

Professor Renato
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