Conceitos básicos de Eletricidade Basica
- 2. ELETRÔNICA • É a ciência que estuda a forma de controlar a energia elétrica por meios elétricos nos quais os elétrons têm papel fundamental. • Divide-se em analógica e em digital porque suas coordenadas de trabalho optam por obedecer estas duas formas de apresentação dos sinais elétricos a serem tratados.
- 3. ELETRÔNICA • Estuda o uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de representar, armazenar, transmitir ou processar informações além do controle de processos e servo mecanismos. • Pode-se afirmar que os circuitos internos dos computadores (que armazenam e processam informações), os sistemas de telecomunicações (que transmitem informações), os diversos tipos de sensores e transdutores (que representam grandezas físicas - informações - sob forma de sinais elétricos) estão, todos, dentro da área de interesse da Eletrônica.
- 4. ELETROTÉCNICA • É o ramo da ciência que estuda uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de transformar, transmitir, processar e armazenar energia. • Sob esta definição, as usinas hidrelétricas, termoelétricas e eólicas (que geram energia elétrica), as linhas de transmissão (que transmitem energia), os transformadores, retificadores e inversores (que processam energia) e as baterias (que armazenam energia) estão, todos, dentro da área de interesse da Eletrotécnica.
- 5. ELETRICIDADE BÁSICA ELETROSTÁTICA E ELETRODINÂMICA
- 6. Carga Elétrica • A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, no núcleo: os prótons (positivos) e os nêutrons (sem carga); na eletrosfera: os elétrons (negativos). Às partículas eletrizadas, elétrons e prótons, chamamos "carga elétrica".
- 7. Condutores e Isolantes • Condutores de eletricidade São os meios materiais nos quais há facilidade de movimento de cargas elétricas, devido à presença de "elétrons livres". Ex: fio de cobre, alumínio, etc. • Isolantes de eletricidade São os meios materiais nos quais não há facilidade de movimento de cargas elétricas. Ex: vidro, borracha, madeira seca, etc.
- 8. Medida da Carga Elétrica Δq = - n.e (se houver excesso de elétrons) Δq = + n.e (se houver falta de elétrons) e = 1,6.10-19 C Onde: Δq = quantidade de carga (C) n = número de cargas e = carga elementar (C) unidade de carga elétrica no SI é o coulomb (C)
- 9. Campo Elétrico Existe uma região de influência da carga Q onde qualquer carga de prova q, nela colocada, estará sob a ação de uma força de origem elétrica. A essa região chamamos de campo elétrico.
- 10. O campo elétrico E é uma grandeza vetorial*. A figura abaixo mostra a orientação do campo elétrico para uma carga positiva e para uma carga negativa. * Grandeza vetorial só pode ser caracterizada quando tem intensidade, direção e sentido.
- 11. Potencial Elétrico • Consideremos um campo elétrico originado por uma carga puntiforme Q. Define-se como potencial elétrico VA , num ponto A desse campo, o trabalho realizado pela força elétrica, por unidade de carga, para deslocá-la desse ponto A até o infinito.
- 12. Nestas condições, o potencial elétrico é dado por: onde k0 é denominada constante eletrostática, e seu valor no SI é: O potencial elétrico é uma grandeza escalar, associado a cada ponto do campo elétrico, ficando determinado apenas pelo seu valor numérico. Portanto, pode ser positivo ou negativo, dependendo apenas do sinal da carga criadora do campo elétrico. 1 Volt é o potencial de um ponto que fornece a carga de 1C, nele colocada, uma energia de 1J.
- 13. Diferença de potencial • Graças à força do seu campo eletrostático, uma carga pode realizar trabalho ao deslocar outra carga por atração ou repulsão. • Essa capacidade de realizar trabalho é chamada potencial. • Quando uma carga for diferente da outra, haverá entre elas uma diferença de potencial (ddp).
- 14. Movimento dos elétrons • Nos metais, os elétrons das últimas camadas são fracamente ligados a seu núcleo atômico, podendo facilmente locomover-se pelo material. Geralmente, este movimento é aleatório, ou seja, desordenado, não seguindo uma direção privilegiada.
- 15. Quando o metal é submetido a uma diferença de potencial elétrico (ddp), como quando ligado aos dois pólos de uma pilha ou bateria, os elétrons livres do metal adquirem um movimento ordenado.
- 16. A esse movimento ordenado de elétrons damos o nome de corrente elétrica.
- 17. Intensidade e Medida da Corrente Elétrica A intensidade de corrente elétrica é dada por: Onde : Δq é a quantidade de carga que atravessa a secção reta do condutor num determinado intervalo de tempo (Δt).
- 18. • A quantidade de carga não é igual ao número de elétrons que atravessam a secção reta do condutor; pois |Δq| = n|e| (e é a carga do elétron). • No SI, a intensidade de corrente elétrica, medida em coulomb(C) por segundo(s), é denominada ampère (A), designação que homenageia o matemático francês André Marie Ampère, que tinha grande interesse pela Eletricidade. • 1Coulomb/segundo = 1C/s = 1A • Na Corrente Contínua (CC), o sentido do campo elétrico E permanece sempre o mesmo e o sentido de i também não se altera.
- 19. Fonte elétrica • As fontes elétricas são fundamentais na compreensão da eletrodinâmica, pois elas que mantém a diferença de potencial (ddp) necessária para a manutenção da corrente elétrica. Num circuito elétrico, a fonte elétrica é representada pelo símbolo abaixo: Símbolo de fonte elétrica no circuito. O pólo positivo (+) representa o terminal cujo potencial elétrico é maior. O pólo negativo (-) corresponde ao terminal de menor potencial elétrico.
- 20. Circuito elétrico simples • O sistema formado por um fio condutor com as extremidades acopladas aos pólos de um gerador é considerado um circuito elétrico simples, no qual a corrente elétrica se dá através do fio. • No fio condutor os elétrons se deslocam do pólo negativo para o pólo positivo. Nesse deslocamento há perda de energia elétrica, devido a colisões dos elétrons com os átomos do material.
- 21. Exemplo de Circuito Simples A figura abaixo mostra a representação gráfica de um circuito elétrico contendo um gerador, uma lâmpada e fios condutores.
- 22. Circuito Elétrico Corrente Contínua (CC)
- 23. AMPERÍMETRO é o instrumento que fornece o valor da intensidade da corrente elétrica. Quando a corrente elétrica é muito pequena, o aparelho usado para a sua medida é o galvanômetro. Trata-se de um aparelho semelhante ao amperímetro, só que bem mais sensível, com capacidade para efetuar medições de pequenas correntes elétricas. Veja abaixo alguns exemplos de amperímetros: Amperímetro de Bancada Alicate amperímetro Montagem de um amperímetro num circuito elétrico
- 24. Resistores • De onde provém o calor fornecido por aparelhos como ferro elétrico, torradeira, chuveiro e secadora elétrica? Por que a lâmpada fica quente depois de acesa? • Esse aquecimento acontece pela transformação da energia elétrica em calor, fenômeno denominado efeito Joule, decorrente da colisão de elétrons da corrente com outras partículas do condutor. Durante a colisão, a transformação de energia elétrica em calor é integral. • Condutores com essa característica são denominados resistores.
- 26. Resistência elétrica e Lei de Ohm • A resistência elétrica é uma grandeza característica do resistor, e mede a oposição que seus átomos oferecem à passagem da corrente elétrica. • Considere o resistor representado no trecho do circuito abaixo, onde se aplica uma ddp U e se estabelece uma corrente de intensidade i.
- 27. Lei de Ohm • Define-se como resistência elétrica R do resistor o quociente da ddp U aplicada pela corrente i que o atravessa. R=U/i A unidade de resistência elétrica no SI é ohm (Ω). R=U/i => 1 ohm = 1Volt/1ampère • O físico e professor universitário alemão Georges Simon Ohm (1787-1857) verificou experimentalmente que para alguns condutores, o quociente entre a ddp U e a correspondente intensidade i da corrente elétrica é constante e que essa constante é a resistência R do resistor.
- 28. A relação U=Ri se transformou na primeira lei da eletrodinâmica, conhecida como Lei de Ohm. Todo resistor que obedece à Lei de Ohm é denominado resistor ôhmico, cujo gráfico U x i é o seguinte:
- 29. • Para resistores que não obedecem à 1a Lei de Ohm, conhecidos como condutores não-ôhmicos ou não-lineares, o gráfico U x i pode ser representado como a seguir:
- 30. Potência elétrica • Num chuveiro elétrico em funcionamento, que quantidade de energia elétrica é transformada em calor por segundo? Será que tanto no inverno quanto no verão essa quantidade é a mesma? • Em Eletrodinâmica, a quantidade de energia transformada por unidade de tempo é denominada potência elétrica.
- 31. A partir de P = U2/R pode-se entender o que acontece no chuveiro elétrico quando a chave é mudada da posição de inverno para a de verão. No inverno, a potência dissipada pelo resistor do chuveiro deve ser maior que no verão, portanto, como U é constante, a resistência do chuveiro é menor. Observe que nesse caso circula pelo resistor do chuveiro uma corrente maior do que aquela que circula com a chave na posição de verão.
- 32. Associação de resistores Resistores em Série Nesse tipo de associação, a corrente elétrica percorre todos os resistores antes de retornar à tomada.
- 33. Resistência equivalente de um circuito em série A introdução da resistência equivalente em um circuito não modifica o valor da corrente elétrica, temos: U=Ri Sabendo que U = U1+ U2 + U3, temos: Req .i = R1 .i + R2 .i+ R3 .i Dividindo os membros da igualdade pela corrente i, temos: Req = R1 + R2 + R3
- 34. Em geral, numa associação de resistores em série, a resistência equivalente Req é igual à soma das resistências individuais.
- 35. Resistores em paralelo • Quando vários resistores estão associados em paralelo, a ddp entre os terminais de cada resistor é a mesma e, conseqüentemente, a ddp entre os terminais da associação também é a mesma. Nesse tipo de associação, os elétrons retornam à tomada cada vez que passam por um resistor.
- 37. • De acordo com a 1ª Lei de Ohm, a corrente que atravessa cada um dos resistores é inversamente proporcional à respectiva resistência. • E a corrente total que atravessa o conjunto de resistores em paralelo é igual à soma das correntes que atravessam cada resistor individualmente.
- 38. Resistência equivalente de um circuito em paralelo