Aula 3 - 212MC - Fusível e chave automática

Aula 3 – Física – 2º Ano Ensino Médio - Texto 3: Fusível e chave automática

Esses dispositivos são usados para impedir que a corrente elétrica em um circuito

ou em um aparelho, ultrapasse um certo valor, que poderia causar aquecimento excessi

vo e, assim, provocar danos indesejáveis. Os fusíveis são usados em automóveis, em aparelhos e

lé

tricos e nos circuitos de algumas residências. Eles são constituídos por um filamento metálico (figura 9

-83) que se aquece e se funde quando a corrente ultrapassa um certo valor (próprio de cada fusível), interrompendo sua passagem. Em nossos dias, principalmente nas residências, os fusíveis estão sendo substituídos por chaves automáticas. Essas chaves consistem basicamente de uma lâmina bimetálica (analisada no capítulo 7) que, ao ser aquecida em virtude do efeito Joule, se curva e interrompe o circuito (alguns tipos de chave automática se baseiam em efeitos magnéticos).

Fig. 9-83 – O filamento de um fusível é projetado para se fundir quando a corrente através dele ultrapassa um certo valor (especificado, no dispositivo, pelo fabricante)

O que é um curto-circuito

Em funcionamento normal, uma lâmpada ligada a uma tomada (figura 9-84) recebe uma corrente elétrica que passa pelo circuito ABCDEF. Se por um motivo qualquer (por exemplo, desgaste do encapamento dos fios), entretanto, houver um contato elétrico entre dois pontos do circuito, como os pontos B e E na figura, uma nova corrente elétrica será estabelecida, passando toda ela apenas pelo circuito ABEF (nenhuma corrente passará pela lâmpada). Como esse circuito é constituído apenas por fios de ligação, sua resistência é praticamente nula e, então, a intensidade da corrente nele torna-se muito elevada. Em virtude do efeito Joule, há um considerável aumento de temperatura nesses fios, que pode provocar efeitos desastrosos se não houver uma proteção adequada (fusível ou chave automática)

Fig 9-84 Na figura está ocorrendo um curto-circuito em virtude do contato entre os pontos B e E.

Quando isso ocorre, dizemos que está havendo um curto-circuito nos pontos B e E. A origem dessa expressão está no fato de que, havendo o contato descrito, a corrente passa por um circuito (ABEF) menor que o circuito original (ABCDEF). Por extensão, toda vez que dois pontos de um circuito qualquer são ligados por um fio de resistência nula, dizemos que estamos estabelecendo um curto-circuito entre esses pontos.

Após a leitura do texto e discussão com o grupo, responda as questões:

Nome:

Nº:

Turma:

1)Analise a figura 9-84 e explique por que dizemos que ali ocorreu um curto-circuito.

2)Explique por que um fusível ou uma chave automática evitam os efeitos desastrosos de um curto-circuito?

Aula 3 - 212MB - Fusível e chave automática

Aula 3 – Física – 2º Ano Ensino Médio - Texto 3: Fusível e chave automática

Esses dispositivos são usados para impedir que a corrente elétrica em um circuito

ou em um aparelho, ultrapasse um certo valor, que poderia causar aquecimento excessi

vo e, assim, provocar danos indesejáveis. Os fusíveis são usados em automóveis, em aparelhos e

lé

tricos e nos circuitos de algumas residências. Eles são constituídos por um filamento metálico (figura 9

-83) que se aquece e se funde quando a corrente ultrapassa um certo valor (próprio de cada fusível), interrompendo sua passagem. Em nossos dias, principalmente nas residências, os fusíveis estão sendo substituídos por chaves automáticas. Essas chaves consistem basicamente de uma lâmina bimetálica (analisada no capítulo 7) que, ao ser aquecida em virtude do efeito Joule, se curva e interrompe o circuito (alguns tipos de chave automática se baseiam em efeitos magnéticos).

Fig. 9-83 – O filamento de um fusível é projetado para se fundir quando a corrente através dele ultrapassa um certo valor (especificado, no dispositivo, pelo fabricante)

O que é um curto-circuito

Em funcionamento normal, uma lâmpada ligada a uma tomada (figura 9-84) recebe uma corrente elétrica que passa pelo circuito ABCDEF. Se por um motivo qualquer (por exemplo, desgaste do encapamento dos fios), entretanto, houver um contato elétrico entre dois pontos do circuito, como os pontos B e E na figura, uma nova corrente elétrica será estabelecida, passando toda ela apenas pelo circuito ABEF (nenhuma corrente passará pela lâmpada). Como esse circuito é constituído apenas por fios de ligação, sua resistência é praticamente nula e, então, a intensidade da corrente nele torna-se muito elevada. Em virtude do efeito Joule, há um considerável aumento de temperatura nesses fios, que pode provocar efeitos desastrosos se não houver uma proteção adequada (fusível ou chave automática)

Fig 9-84 Na figura está ocorrendo um curto-circuito em virtude do contato entre os pontos B e E.

Quando isso ocorre, dizemos que está havendo um curto-circuito nos pontos B e E. A origem dessa expressão está no fato de que, havendo o contato descrito, a corrente passa por um circuito (ABEF) menor que o circuito original (ABCDEF). Por extensão, toda vez que dois pontos de um circuito qualquer são ligados por um fio de resistência nula, dizemos que estamos estabelecendo um curto-circuito entre esses pontos.

Após a leitura do texto e discussão com o grupo, responda as questões:

Nome:

Nº:

Turma:

1)Analise a figura 9-84 e explique por que dizemos que ali ocorreu um curto-circuito.

2)Explique por que um fusível ou uma chave automática evitam os efeitos desastrosos de um curto-circuito?

Aula 3 - 212MA - Fusível e chave automática

Aula 3 – Física – 2º Ano Ensino Médio - Texto 3: Fusível e chave automática

Esses dispositivos são usados para impedir que a corrente elétrica em um circuito

ou em um aparelho, ultrapasse um certo valor, que poderia causar aquecimento excessi

vo e, assim, provocar danos indesejáveis. Os fusíveis são usados em automóveis, em aparelhos e

lé

tricos e nos circuitos de algumas residências. Eles são constituídos por um filamento metálico (figura 9

-83) que se aquece e se funde quando a corrente ultrapassa um certo valor (próprio de cada fusível), interrompendo sua passagem. Em nossos dias, principalmente nas residências, os fusíveis estão sendo substituídos por chaves automáticas. Essas chaves consistem basicamente de uma lâmina bimetálica (analisada no capítulo 7) que, ao ser aquecida em virtude do efeito Joule, se curva e interrompe o circuito (alguns tipos de chave automática se baseiam em efeitos magnéticos).

Fig. 9-83 – O filamento de um fusível é projetado para se fundir quando a corrente através dele ultrapassa um certo valor (especificado, no dispositivo, pelo fabricante)

O que é um curto-circuito

Em funcionamento normal, uma lâmpada ligada a uma tomada (figura 9-84) recebe uma corrente elétrica que passa pelo circuito ABCDEF. Se por um motivo qualquer (por exemplo, desgaste do encapamento dos fios), entretanto, houver um contato elétrico entre dois pontos do circuito, como os pontos B e E na figura, uma nova corrente elétrica será estabelecida, passando toda ela apenas pelo circuito ABEF (nenhuma corrente passará pela lâmpada). Como esse circuito é constituído apenas por fios de ligação, sua resistência é praticamente nula e, então, a intensidade da corrente nele torna-se muito elevada. Em virtude do efeito Joule, há um considerável aumento de temperatura nesses fios, que pode provocar efeitos desastrosos se não houver uma proteção adequada (fusível ou chave automática)

Fig 9-84 Na figura está ocorrendo um curto-circuito em virtude do contato entre os pontos B e E.

Quando isso ocorre, dizemos que está havendo um curto-circuito nos pontos B e E. A origem dessa expressão está no fato de que, havendo o contato descrito, a corrente passa por um circuito (ABEF) menor que o circuito original (ABCDEF). Por extensão, toda vez que dois pontos de um circuito qualquer são ligados por um fio de resistência nula, dizemos que estamos estabelecendo um curto-circuito entre esses pontos.

Após a leitura do texto e discussão com o grupo, responda as questões:

Nome:

Nº:

Turma:

1)Analise a figura 9-84 e explique por que dizemos que ali ocorreu um curto-circuito.

2)Explique por que um fusível ou uma chave automática evitam os efeitos desastrosos de um curto-circuito?

Aula 2 - 212MC - O que é supercondutividade?

Aula 2 – Física – 2º Ano Ensino Médio - Texto 2: O que é a supercondutividade?

Outro fator que influencia na resistência de um condutor é sua temperatura. Verifica-se, experimentalmente, que quando um fio metálico é aquecido, sua resistência elétrica torna-se mais elevada. Por exemplo: o filamento de tungstênio de uma lâmpada elétrica comum, apagada, tem uma resistência próxima 20 Ω. Quando ela está acesa e a temperatura de seu filamento atinge cerca de 2.500°C, sua resistência aumenta para aproximadamente 250 Ω.

Evidentemente, quando abaixamos a temperatura de um fio metálico, sua resistência torna-se menor. No início do século XX foi descoberto, pelos cientistas, um fato curioso e de grande importância: observou-se que quando a temperatura do metal se encontra nessa situação, dizemos que ele é um supercondutor. Por exemplo: verifica-se que o mercúrio torna-se supercondutor quando sua temperatura é reduzida para um valor inferior a 4 K.

A partir de 1987, cientistas de grandes laboratórios internacionais conseguiram obter um material cerâmico que se torna supercondutor a uma temperatura relativamente alta (cerca de 125K).

Tudo indica que o fenômeno da supercondutividade, em futuro próximo, venha a se constituir em uma extraordinária descoberta da ciência e da tecnologia modernas. Entre inúmeras aplicações desse fenômeno, mencionaremos a duas seguintes:

- a possibilidade de se constituírem linhas de transmissão de em energia elétrica com material supercondutor evitaria a perda de energia por aquecimento dos fios (como veremos na seção seguinte, em um supercondutor não há dissipação de calor porque sua resistência é nula ). Nas redes de transmissão atuais, cerca de 30% da energia produzida é dissipada em virtude desse aquecimento.

- quando um ímã permanente é abandonado a uma certa altura acima de um supercondutor, este exerce uma força de repulsão sobre o ímã, que permanece em levitação, sem tocar o material (figura 9-68). Essa propriedade pode ser aproveitada para a construção de trens de alta velocidade, que se deslocariam praticamente sem atrito, levitando a uma certa altura sobre trilhos (no Japão já foi construído um protótipo desse tipo de trem).

Após a leitura do texto e discussão com o grupo, responda as questões:

Nome:

Nº:

Turma:

1)Explique o que é a supercondutividade e em que condições alguns materiais se tornam supercondutores ?

2)Quais as duas aplicações possíveis da supercondutividade, citadas no texto?

Aula 2 - 212MB - O que é supercondutividade?

Aula 2 – Física – 2º Ano Ensino Médio - Texto 2: O que é a supercondutividade?

Outro fator que influencia na resistência de um condutor é sua temperatura. Verifica-se, experimentalmente, que quando um fio metálico é aquecido, sua resistência elétrica torna-se mais elevada. Por exemplo: o filamento de tungstênio de uma lâmpada elétrica comum, apagada, tem uma resistência próxima 20 Ω. Quando ela está acesa e a temperatura de seu filamento atinge cerca de 2.500°C, sua resistência aumenta para aproximadamente 250 Ω.

Evidentemente, quando abaixamos a temperatura de um fio metálico, sua resistência torna-se menor. No início do século XX foi descoberto, pelos cientistas, um fato curioso e de grande importância: observou-se que quando a temperatura do metal se encontra nessa situação, dizemos que ele é um supercondutor. Por exemplo: verifica-se que o mercúrio torna-se supercondutor quando sua temperatura é reduzida para um valor inferior a 4 K.

A partir de 1987, cientistas de grandes laboratórios internacionais conseguiram obter um material cerâmico que se torna supercondutor a uma temperatura relativamente alta (cerca de 125K).

Tudo indica que o fenômeno da supercondutividade, em futuro próximo, venha a se constituir em uma extraordinária descoberta da ciência e da tecnologia modernas. Entre inúmeras aplicações desse fenômeno, mencionaremos a duas seguintes:

- a possibilidade de se constituírem linhas de transmissão de em energia elétrica com material supercondutor evitaria a perda de energia por aquecimento dos fios (como veremos na seção seguinte, em um supercondutor não há dissipação de calor porque sua resistência é nula ). Nas redes de transmissão atuais, cerca de 30% da energia produzida é dissipada em virtude desse aquecimento.

- quando um ímã permanente é abandonado a uma certa altura acima de um supercondutor, este exerce uma força de repulsão sobre o ímã, que permanece em levitação, sem tocar o material (figura 9-68). Essa propriedade pode ser aproveitada para a construção de trens de alta velocidade, que se deslocariam praticamente sem atrito, levitando a uma certa altura sobre trilhos (no Japão já foi construído um protótipo desse tipo de trem).

Após a leitura do texto e discussão com o grupo, responda as questões:

Nome:

Nº:

Turma:

1)Explique o que é a supercondutividade e em que condições alguns materiais se tornam supercondutores ?

2)Quais as duas aplicações possíveis da supercondutividade, citadas no texto?

Aula 2 - 212MA - O que é supercondutividade?

Aula 2 – Física – 2º Ano Ensino Médio - Texto 2: O que é a supercondutividade?

Outro fator que influencia na resistência de um condutor é sua temperatura. Verifica-se, experimentalmente, que quando um fio metálico é aquecido, sua resistência elétrica torna-se mais elevada. Por exemplo: o filamento de tungstênio de uma lâmpada elétrica comum, apagada, tem uma resistência próxima 20 Ω. Quando ela está acesa e a temperatura de seu filamento atinge cerca de 2.500°C, sua resistência aumenta para aproximadamente 250 Ω.

Evidentemente, quando abaixamos a temperatura de um fio metálico, sua resistência torna-se menor. No início do século XX foi descoberto, pelos cientistas, um fato curioso e de grande importância: observou-se que quando a temperatura do metal se encontra nessa situação, dizemos que ele é um supercondutor. Por exemplo: verifica-se que o mercúrio torna-se supercondutor quando sua temperatura é reduzida para um valor inferior a 4 K.

A partir de 1987, cientistas de grandes laboratórios internacionais conseguiram obter um material cerâmico que se torna supercondutor a uma temperatura relativamente alta (cerca de 125K).

Tudo indica que o fenômeno da supercondutividade, em futuro próximo, venha a se constituir em uma extraordinária descoberta da ciência e da tecnologia modernas. Entre inúmeras aplicações desse fenômeno, mencionaremos a duas seguintes:

- a possibilidade de se constituírem linhas de transmissão de em energia elétrica com material supercondutor evitaria a perda de energia por aquecimento dos fios (como veremos na seção seguinte, em um supercondutor não há dissipação de calor porque sua resistência é nula ). Nas redes de transmissão atuais, cerca de 30% da energia produzida é dissipada em virtude desse aquecimento.

- quando um ímã permanente é abandonado a uma certa altura acima de um supercondutor, este exerce uma força de repulsão sobre o ímã, que permanece em levitação, sem tocar o material (figura 9-68). Essa propriedade pode ser aproveitada para a construção de trens de alta velocidade, que se deslocariam praticamente sem atrito, levitando a uma certa altura sobre trilhos (no Japão já foi construído um protótipo desse tipo de trem).

Após a leitura do texto e discussão com o grupo, responda as questões:

Nome:

Nº:

Turma:

1)Explique o que é a supercondutividade e em que condições alguns materiais se tornam supercondutores ?

2)Quais as duas aplicações possíveis da supercondutividade, citadas no texto?

Aula 1 - 212 MC - Física

Aula 1 – Física – 2º Ano Ensino Médio

Texto 1: Relâmpago e trovão

Considere duas placas metálicas eletrizadas com cargas de sinais contrários, próximas uma da outra (figura 9-34). Supondo que a carga elétrica em cada uma seja aumentada gradativamente, haverá um instante em que o ar entre elas se tornara condutor. Nesse momento, a carga de uma placa se transfere muito rapidamente para a outra, através do ar, e dizemos que ocorreu uma descarga elétrica no ar. Como conseqüência dessa descarga, tem-se:

- emissão de luz pelas moléculas do ar, originando uma centelha, que você já deve ter observado em diversas situações (por exemplo: em um interruptor de luz, ao tirar um agasalho de lã em um dia muito seco, etc.);

- produção de um ruído (um pequeno estalo) que acompanha a centelha, causado pela expansão do ar aquecido pela descarga elétrica.

Um fenômeno de mesma natureza que essa descarga, porém em escala muito maior, ocorre durante uma tempestade, originando os raios, que são acompanhados pelos relâmpagos e trovões. Essa interpretação da causa de um raio foi estabelecida graças às famosas experiências do cientista e político americano Benjamin Franklin: suspeitando que os raios nada mais fossem do que uma descarga elétrica, ele tentou verificar se, realmente, as nuvens apresentavam-se eletrizadas. Empinando um papagaio de papel ao se aproximar uma tempestade (figura 9-351, ele conseguiu captar cargas elétricas das nuvens comprovando sua hipótese (a experiência de Franklin e extremamente perigosa e algumas pessoas já perderam a vida tentando reproduzi-la).

Modernamente sabe-se que, em virtude de fenômenos complexos que ocorrem na atmosfera, uma nuvem pode apresentar-se eletrizada positiva ou negativamente (figura 9-36). Quando essas cargas atingem valores muito grandes, o ar entre elas ou entre uma nuvem e a Terra, torna-se condutor, permitindo que ocorra uma enorme descarga elétrica (o raio). A centelha de alta luminosidade que acompanha essa descarga é o relâmpago, e o aquecimento muito elevado que ela produz provoca a expansão do ar, originando o som de grande intensidade, que é o trovão.

O pára-raios

Sabemos que as conseqüências da descarga elétrica de um raio podem ser desastrosas, devido à grande quantidade de energia liberada quando ela ocorre. A necessidade de estabelecer uma proteção contra esses possíveis danos levou Franklin a construir os primeiros pára-raios.

Esses dispositivos funcionam com base no poder das pontas, que já analisamos. Eles são constituídos de uma haste metálica, terminada em pontas na extremidade superior e ligada, pela extremidade inferior, à Terra, por meio de uma placa condutora (figura 9-37). Quando uma nuvem eletrizada passa sobre o pára-raios, aparece um acúmulo de cargas induzidas em suas pontas. Essas cargas escapam facilmente das pontas para o ar, neutralizando então a carga da nuvem. Mesmo que ocorra o raio, é mais provável que a descarga se processe nas pontas do pára-raios, sendo a carga elétrica conduzida pela haste metálica para a Terra, evitando danos maiores (figura 9-38).

Após a leitura do texto e discussão com o grupo, responda as questões:

Nome:

Nº:

Turma:

1)Duas nuvens, próximas uma da outra, encontram-se eletrizadas com cargas de sinais contrários.

a)Antes de ocorrer um raio de uma nuvem para outra, o ar entre elas é isolante ou condutor?

b)E no instante em que ocorre um raio entre as nuvens?

2)Explique o que é e em que condições ocorre um raio durante uma tempestade?

3)O que dá origem ao relâmpago e ao trovão?

4)O que é o poder das pontas?

5)Qual é a importante aplicação prática do poder das pontas inventada por Franklin?