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Teoria da relatividade

Física quântica

Processos de eletrização

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

Um breve mapa mental com alguns conceitos de receptores elétricos! Fonte: 

Então sabe quando você está em casa e decide fazer uma vitamina? Você pega seu liquidificador, coloca os ingredientes e, quando liga na tomada e aperta o botão, as lâminas começam a girar, transformando sua fruta e leite em um delicioso smoothie. Mas o que está acontecendo aqui?

Bem, seu liquidificador é o que chamamos de "receptor elétrico". Isso significa que ele pega a energia que vem da sua casa - a energia elétrica - e transforma essa energia em um outro tipo, que não seja só calor. No caso do liquidificador, ele transforma a energia elétrica em energia mecânica, que faz as lâminas girarem e triturarem o alimento.

Da mesma forma, se você já viu uma construção, talvez tenha notado uma ferramenta pesada chamada britadeira. Ela também é um receptor elétrico! Ela pega a energia elétrica e a transforma em energia mecânica para quebrar concreto ou asfalto.

E temos muitos outros exemplos em nossa vida cotidiana. Quando ligamos um ventilador para nos refrescar em um dia quente, ou colocamos nossas comidas na geladeira para mantê-las frescas, ou até quando ligamos nosso som para escutar nossas músicas favoritas - todos esses aparelhos são exemplos de receptores elétricos que transformam a energia elétrica em outro tipo de energia que precisamos.

a) Força contraeletromotriz e equação dos receptores

Agora, vamos falar sobre algo chamado "força contraeletromotriz". Esse é um nome grande e complicado, mas não se preocupem, vamos dividi-lo juntos!

Essencialmente, a força contraeletromotriz é como um zagueiro em um jogo de futebol - ela age em oposição à corrente elétrica. Imaginem que a corrente elétrica é um jogador do time adversário correndo para fazer um gol, e a força contraeletromotriz é o nosso zagueiro tentando impedir isso.

Mas como medimos essa força contraeletromotriz? Bom, ela é calculada pela razão entre o trabalho feito pelo nosso receptor elétrico (como o liquidificador ou a britadeira que mencionamos antes) e a quantidade de carga elétrica que ele consome. Usamos a letra grega épsilon com um apóstrofo ( ϵ′) para representá-la, e a fórmula para calcular isso é:

Onde τ é o trabalho e Δq é a quantidade de carga.

Agora, vamos pensar sobre como o receptor elétrico realmente funciona. Ele só pode fazer seu trabalho (como girar as lâminas do liquidificador ou fazer uma britadeira quebrar concreto) quando os elétrons estão trabalhando, fornecendo energia para o aparelho. E para isso, precisamos de corrente elétrica passando pelo receptor.

E aqui está a parte importante: a diferença de potencial (que é basicamente a "força" que empurra a corrente elétrica ao redor do circuito) que um gerador cria é o que está disponível para o receptor usar. Mas cada receptor tem uma resistência interna (como um obstáculo interno que a corrente precisa superar), o que significa que a diferença de potencial que o receptor realmente utiliza é menor do que a total no sistema.

A diferença de potencial utilizada pelo aparelho é o que chamamos de "força contraeletromotriz". Então, se quisermos encontrar a diferença de potencial total do gerador (U), temos que adicionar a força contraeletromotriz (ϵ′) e a perda de diferença de potencial através da resistência (que é a resistência interna (r) multiplicada pela corrente (i) passando pelo receptor). Então, a fórmula seria:

b) Efeito Joule e Representação de um Receptor

Então, pessoal, lembram que falamos sobre força contraeletromotriz e resistência interna, certo? Agora, vamos entender um pouco mais sobre como isso funciona em um aparelho real.

Se você imaginasse poder abrir seu liquidificador ou ventilador, iria notar que uma parte da energia elétrica que eles recebem é transformada em outro tipo de energia (como a energia mecânica que faz as lâminas girarem ou o vento soprar), mas uma parte dessa energia elétrica é perdida, ou "dissipada", dentro do aparelho mesmo. Isso acontece por causa de algo chamado Efeito Joule.

A energia dissipada representa o fenômeno do Efeito Joule.

Agora, vamos pausar por um segundo para explicar o Efeito Joule. Este é um fenômeno onde a energia elétrica é convertida em calor devido à resistência em um circuito. É por isso que, quando você deixa seu celular carregando por muito tempo, ele começa a esquentar. Isso é o Efeito Joule em ação!

Voltando à nossa explicação, a energia que é dissipada no aparelho acontece na resistência interna, e é representada por "r'i" (onde "r" é a resistência interna e "i" é a corrente).

Representação de um receptor elétrico em um circuito.

Agora, na imagem acima , vemos um símbolo representando nosso receptor elétrico. Este símbolo é o mesmo utilizado para os geradores, mas a diferença está no sentido da corrente elétrica. Se houvesse um gerador e um receptor no mesmo circuito, poderíamos dizer que o gerador é o que tem força eletromotriz maior do que a força contraeletromotriz.

Podemos representar tudo isso em um gráfico:

Quando a corrente elétrica é zero (i = 0), não há dissipação de energia na resistência interna, então a diferença de potencial (V) é igual à força contraeletromotriz (E'). Mas conforme a corrente (i) aumenta, a diferença de potencial entre os terminais do receptor também aumenta, porque o valor r'i (lembre-se, a energia dissipada na resistência interna) também aumenta.

Então, de forma resumida, em um receptor elétrico, a energia elétrica que entra é parcialmente convertida em outro tipo de energia (como mecânica, no caso do nosso liquidificador) e parte é perdida na resistência interna do aparelho por causa do Efeito Joule. E essa é a magia por trás do funcionamento dos aparelhos elétricos que usamos todos os dias!

Vocês se lembram do que é potência, certo? Basicamente, potência é a quantidade de trabalho ou energia transferida por unidade de tempo. No nosso caso, estamos falando de potência elétrica, que é a quantidade de energia elétrica transferida por unidade de tempo. E no caso dos receptores elétricos, temos três tipos de potência que são importantes entender: a potência total, a potência útil e a potência dissipada.

 é o "pacote completo" de energia que o gerador fornece para o receptor. Ela é calculada multiplicando a corrente elétrica (representada pela letra "i") pela diferença de potencial do gerador (representada pela letra "U"). Então, a fórmula fica assim:

 é a parte dessa energia total que o receptor realmente usa para fazer seu trabalho (como fazer as lâminas do liquidificador girar, por exemplo). Aqui, também multiplicamos a corrente elétrica "i" por um valor chamado força contraeletromotriz (representada por ε'), que é a energia que o receptor consegue usar de fato. Então, a fórmula é:

. Esta é a parte da energia que é "perdida" no processo - aquela que se transforma em calor ou vibração e não é usada pelo receptor para fazer seu trabalho. Para calcular a potência dissipada, multiplicamos a resistência interna do receptor (representada por "r") pelo quadrado da corrente elétrica "i". Assim, a fórmula é:

Então, em resumo, o gerador fornece uma potência total para o receptor, mas parte dessa energia é útil (usada pelo receptor para fazer seu trabalho) e parte é dissipada (perdida na forma de calor ou vibração, por exemplo). E agora, vocês sabem como calcular todas essas quantidades!

Agora que já entendemos sobre potência total, potência útil e potência dissipada em um receptor elétrico, vamos entender outro conceito muito importante: o 

O rendimento, representado pela letra grega "η" (êta), é basicamente uma medida de quão eficiente é o nosso receptor elétrico. Ou seja, de toda a energia que o receptor recebe (potência total), quanto ele realmente consegue transformar em trabalho útil (potência útil).

Para calcular o rendimento, usamos a seguinte fórmula: Rendimento = Potência Útil / Potência Total, ou seja, η = PU / PT.

Outra maneira de calcular o rendimento é dividindo a diferença de potencial total "U" pela força contraeletromotriz "ε'", que seria: Rendimento = U / ε'.

Então, em resumo, o rendimento nos diz o quão eficiente é o nosso receptor em transformar a energia elétrica que recebe em trabalho útil. Se o rendimento for próximo de 1, ou 100%, significa que nosso receptor é muito eficiente, transformando quase toda a energia que recebe em trabalho útil. Se for menor, significa que boa parte da energia está sendo dissipada, ou seja, perdida.

Entender o conceito de rendimento é muito importante, pois em um mundo onde estamos sempre buscando formas mais eficientes de usar a energia, quanto maior o rendimento de um aparelho, melhor!

 e como ele funciona em um circuito, esclarecendo alguns pontos anteriores!

Um receptor elétrico tem uma estrutura bem similar à de um gerador elétrico, com uma diferença importante: seus polos são invertidos! Isso significa que a corrente elétrica entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo. Quando falamos sobre circuitos, podemos pensar nos receptores como geradores, mas com os polos trocados.

Vamos imaginar a representação de um receptor elétrico:

Agora, precisamos entender de onde vem a energia elétrica que o receptor vai transformar em outro tipo de energia. Nós já sabemos que os geradores convertem diferentes tipos de energia em energia elétrica para o circuito, então essa energia elétrica que o receptor vai transformar só pode vir dos geradores. Isso nos leva a uma conclusão importante:

Os receptores só funcionam se tiverem associados a eles um gerador que forneça a energia elétrica que será convertida em outra forma de energia.

Como os receptores têm polos invertidos em relação aos geradores, a diferença de potencial entre seus polos é chamada de força contra eletromotriz. Podemos então pensar na equação que descreve um receptor elétrico, que é:

Esta equação significa que a tensão elétrica (U) é igual à força contra eletromotriz (E') mais a resistência interna (r) multiplicada pela corrente elétrica (i).

Essa fórmula nos ajuda a entender como a energia é gerenciada em um receptor elétrico e como essa energia é transformada para realizar algum trabalho útil!