Responda: (a) Que fatores afetam a resistência de um material? Explique! (b) Quando a ddp de certo condutor é dobrada, a corrente observada aumenta de um fator 3. Baseado na lei de Ohm, o que podemos concluir sobre tal condutor? © Use a teoria atômica da matéria para explicar porque a resistência de um material deve aumentar quando sua temperatura aumenta. (d) Se as cargas fluem muito lentamente através de um metal, por que não necessita de várias horas para acender a luz quando você aciona um interruptor?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão aborda fatores que afetam a resistência elétrica dos materiais, a relação entre diferença de potencial (ddp) e corrente, além de explorar conceitos da teoria atômica e o fluxo de cargas em metais. Para resolver, vamos precisar entender a Lei de Ohm, os fatores que influenciam a resistência elétrica e alguns princípios básicos da teoria atômica.
Passo 2
Parte (a): Que fatores afetam a resistência de um material? Explique!
Primeiro, vamos falar sobre o que afeta a resistência elétrica de um material. A resistência, representada por $ R $, é a dificuldade que um material oferece ao fluxo da corrente elétrica. Vários fatores influenciam essa resistência:
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Comprimento do material ($ L $): Quanto mais longo for o material, maior será a resistência. Imagine que é mais difícil para a eletricidade “andar” por um fio comprido do que por um curto.
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Área da seção transversal ($ A $): Quanto maior a área pela qual a corrente passa, menor a resistência. É como se houvesse mais espaço para o fluxo elétrico.
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Tipo de material: Cada material tem uma propriedade chamada resistividade ($ \rho $), que indica o quanto ele resiste ao fluxo elétrico. Metais como cobre têm baixa resistividade, enquanto materiais como borracha têm alta resistividade.
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Temperatura: Geralmente, aumentando a temperatura do material, a resistência também aumenta. Isso acontece porque as partículas do material vibram mais, dificultando o movimento dos elétrons.
A fórmula que relaciona esses fatores é:
Onde:
- $ R $ é a resistência,
- $ \rho $ é a resistividade do material,
- $ L $ é o comprimento,
- $ A $ é a área da seção transversal.
Passo 3
Parte (b): Quando a ddp de certo condutor é dobrada, a corrente observada aumenta de um fator 3. Baseado na lei de Ohm, o que podemos concluir sobre tal condutor?
Aqui, precisamos usar a Lei de Ohm, que estabelece que:
Onde:
- $ V $ é a diferença de potencial (ddp),
- $ I $ é a corrente,
- $ R $ é a resistência.
Se a ddp ($ V
I $) aumenta em um fator de 3, podemos rearranjar a fórmula para descobrir o que aconteceu com a resistência:
Vamos chamar a ddp inicial de $ V $ e a corrente inicial de $ I $. Após a mudança:
Calculando a nova resistência:
Isso significa que a resistência diminuiu. Portanto, podemos concluir que o condutor possui resistência variável, que diminui quando a ddp aumenta, indicando que talvez seja um material não linear ou que possui propriedades especiais como um condutor com efeitos de aquecimento que reduzem sua resistência.
Passo 4
Parte ©: Use a teoria atômica da matéria para explicar porque a resistência de um material deve aumentar quando sua temperatura aumenta.
Segundo a teoria atômica, os materiais são compostos por átomos que estão em constante movimento. Quando a temperatura aumenta, a energia térmica dos átomos também aumenta, fazendo com que eles vibrem mais intensamente.
Essas vibrações intensificadas dos átomos interferem no fluxo dos elétrons que transportam a corrente elétrica. Com mais vibração, os elétrons têm mais dificuldade para se movimentar livremente através do material, aumentando as colisões entre elétrons e átomos.
Como resultado, a resistência elétrica do material aumenta com a temperatura, pois os caminhos para os elétrons se tornam mais “conturbados”.
Passo 5
Parte (d): Se as cargas fluem muito lentamente através de um metal, por que não necessita de várias horas para acender a luz quando você aciona um interruptor?
Essa é uma ótima pergunta! Mesmo que as cargas elétricas (elétrons) individuais se movam lentamente, a informação sobre o fechamento do circuito viajou a uma velocidade próxima à velocidade da luz. Quando você aciona o interruptor, o campo elétrico é estabelecido praticamente instantaneamente ao longo do fio.
Portanto, os elétrons começam a se mover quase que simultaneamente em todo o circuito, fazendo com que a luz acenda quase instantaneamente. É como uma fila organizadamente empurrando uma parede de dominós: mesmo que cada peça de dominó caia lentamente, a informação de empurrar a primeira propagada através de toda a fila é rápida.
Resposta
(a) A resistência de um material é afetada pelo seu comprimento, área da seção transversal, tipo de material e temperatura. (b) A resistência do condutor diminui quando a ddp é dobrada e a corrente aumenta em um fator de 3, indicando que é um material não linear ou com propriedades especiais. © Aumentar a temperatura faz com que os átomos vibrem mais, dificultando o fluxo de elétrons e aumentando a resistência. (d) Embora os elétrons se movam lentamente, o campo elétrico que os impulsiona se propaga quase instantaneamente, permitindo que a luz acenda rapidamente.