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ELETRICIDADE APLICADAProf. MSc. Ebert GuimaresParte i

RevisoIntroduo ao Estudo da Eletrodinmica

IntroduoConsidere um fio condutor de tal maneira que no haja diferena de potencial nos seus extremos.Nas aulas anteriores, os condutores estavam em equilbrio eletrosttico, ou seja, os eltrons livres possuam um movimento desordenado decorrente da agitao trmica.Os eltrons livres deste fio movem-se em todas as direes com movimento desordenado.

IntroduoQuando se estabelece uma diferena de potencial nos extremos do fio condutor, os eltrons livres do fio passam a se deslocar ordenadamente da extremidade B para a extremidade A.Agora as cargas eltricas possuem um movimento ordenado e os fenmenos eltricos decorrentes deste movimento preferencial das cargas sero analisados pela eletrodinmica.

Como obter uma corrente eltrica?Para obtermos uma corrente eltrica precisamos de um circuito eltrico

Circuito eltricoPara obtermos um circuito eltrico, so necessrios trs elementos, no mnimo:

Gerador, Condutor e Carga.

GERADOROrienta o movimentodos eltronsCONDUTORAssegura a transmissoda corrente eltrica.CARGAUtiliza a corrente eltrica(transforma em trabalho)IMPORTANTE: Em um segmento AB de um fio metlico por onde passa uma corrente eltrica contnua e constante, a carga eltrica total de AB nula.

Corrente Eltrica um movimento orientado de cargas eltricas. Nos estudos iniciais da corrente eltrica, no se sabia exatamente quais as cargas que se moviam no condutor, se as positivas ou as negativas. Diante disso, estabeleceu-se o seguinte:A corrente eltrica s se estabelece em um condutor quando as extremidades deste condutor so submetidas a uma diferena de potencial.

Corrente EltricaObserve que as cargas eltricas que se movimentam no interior do condutor so os eltrons e o fazem no sentido de B para A (sentido real da corrente). No entanto, o sentido convencional se conserva at hoje. Assim, sempre que se fala em sentido da corrente, trata-se do sentido convencional.O sentido da corrente eltrica convencionalmente adotado aquele no qual se deslocariam espontaneamente as cargas positivas no interior do condutor.

Intensidade de Corrente EltricaSeja o fio condutor submetido a uma diferena de potencial.Numa determinada seco reta (A) desse condutor, passa uma determinada quantidade de carga, num certo intervalo de tempo (Dt).A intensidade da corrente eltrica (i) nesse condutor a razo entre a carga que atravessa uma seco do condutor e o intervalo de tempo gasto para isto.

AkAMAGAnAAmA

Para cada degrau descido, multipliquepor 10-3

Para cada degrau subido, multipliquepor 103UnidadesM.K.S.coulomb/segundo(ampre) (A)

Tipos de corrente eltricaCorrente Contnua (C.C) - aquela em que o sentido e a intensidade permanecem constantes com o tempo.O que representa a rea hachurada?t1t2iA corrente contnua pode ser obtida quando se usa uma pilha, ou uma bateria.A

Corrente Alternada (C.A) - aquela em que a intensidade e o sentido mudam periodicamente com o tempo.Nas tomadas de sua casa, encontra-se uma corrente alternada.Tipos de corrente eltrica

Nos metais e no grafite a corrente eltrica tem como portadores de cargas livres os eltrons, e o sentido convencional igual ao sentido do vetor campo eltrico que se estabelece no interior do condutor.Tipos de corrente eltrica

Tipos de corrente eltricaA intensidade de corrente na soluo, num certo intervalo de tempo, ser calculada pela expresso:, ondeQp: total de cargas dos ons positivos e Qn: total de cargas dos ons negativos.

Tipos de corrente eltricaNos gases rarefeitos a corrente eltrica tem como portadores de carga os ons positivos e negativos como tambm a movimentao de eltrons livres.A corrente eltrica que se estabelece nos condutores eletrolticos e nos condutores gasosos (como a que surge em uma lmpada fluorescente) denominada corrente inica.

Corrente EltricaTipos de condutores:a) Primeira classe: Condutores Metlicos

Corrente Eltricab) Segunda classe: Condutores Eletrolticos

Corrente Eltricac) Terceira classe: Condutores Gasosos

Corrente Eltrica Isolante eltrico todo meio que oferece boa resistncia a movimentao de portadores de cargas eltricas no seu interior

Efeitos da Corrente EltricaEfeito trmico Os eltrons , acelerados pelas foras eltricas, colidem com os tomos da rede atmica, transferindo-lhes energia, que faz com que haja um aumento da energia de vibrao desses tomos, o que implica macros-copicamente num aumento de temperatura. Este fenmeno, tambm chamado efeito Joule.Alguns exemplos clssicos:Lmpada incandescenteChuveiro eltricoFerro eltricoFusveis

Efeito qumico Fazendo-se passar uma corrente eltrica por uma soluo de cido sulfrico em gua, por exemplo, observa-se que da soluo se desprende hidrognio e oxignio. A corrente eltrica produz, ento, uma ao qumica nos elementos que constituem a soluo.

Efeitos fisiolgicos A corrente eltrica tem ao, de modo geral, sobre todos os tecidos vivos, porque os tecidos so formados de substncias coloidais e os colides sofrem ao da eletricidade. Mas particularmente importante a ao da corrente eltrica sobre os nervos e os msculos. Na ao sobre os nervos devemos distinguir a ao sobre os nervos sensitivos e sobre os nervos motores. A ao sobre os nervos sensitivos d sensao de dor. A ao sobre os nervos motores d uma comoo (choque). A corrente eltrica passando pelo msculo produz nele uma contrao.

Efeito magntico Em 1820, o dinamarqus Oersted descobriu que quando a corrente eltrica passa em um fio metlico desviava a agulha de uma bssola.

Curiosidade: O primeiro modelo de um motor eltrico nasceu dessas pesquisas.Um fio condutor, que ao ser percorrido pela corrente eltrica, girava quando colocado prximo ao m.O mesmo estava convertendo diretamente energia eltrica em energia mecnica. Uma outra grande aplicao ocorreu quando da inveno dos galvanmetros.

CURIOSIDADE: Parada respiratriaA mxima corrente que uma pessoa pode tolerar ao segurar um eletrodo, podendo ainda larg-lo usando os msculos diretamente estimulados pela corrente, segundo determinaes experimentais em corrente alternada de 50/60 Hz, so valores de 6 a 14 mA, em mulheres (10 mA de mdia) e 9 a 23 mA em homens (16 mA de mdia); portanto uma corrente eltrica inferior necessria ao funcionamento de uma lmpada incandescente normalmente usada em nossas residncias. Correntes superiores a estas podem causar uma parada respiratria, contrao de msculos ligados respirao e/ou paralisia dos centros nervosos que comandam a funo respiratria. Se a corrente permanece, o indivduo perde a conscincia e morre sufocado. A rapidez da aplicao da respirao artificial (boca a boca), e do tempo pelo qual ela realizada, principalmente intervir imediatamente aps o acidente (em 3 ou 4 minutos no mximo) para evitar asfixia da vtima ou mesmo leses irreversveis nos tecidos cerebrais muito importante nestas situaes.

Efeito luminoso

A corrente eltrica num gs apresenta movimentos de ons e eltrons. As constantes colises dessas partculas com os tomos do gs faz com que haja transferncia de energia ; parte dessa energia faz com que eltrons dos tomos sejam transferidos para nveis de energia mais elevados. Quando retornam aos nveis anteriores, a energia absorvida ento liberada sob forma de radiao. Alguns exemplos clssicos so: Lmpadas de vapor de mercrio Lmpada de vapor de sdio Letreiros luminosos de neon Luminosidade dos raios que ocorrem numa tempestade

Curso de capacitaoParte 1 Introduo bsica de eletrnica (tpicos gerais)

Corrente eltrica (contnua)

Dissipao de calor e perdas de energia

Corrente alternada

Perigos e cuidados

Componentes discretos em geral, utilizao, reconhecimento

CIs - circuitos integrados

Leitura de Data Sheets

Instrumentos de medidas eltricas

Proto-board

Curto-circuitos

Introduo bsica de eletrnicaCorrente eltrica contnua (CC)Corrente eltrica: [A] = [C] / [s]Eltron: -1,602 x 10 -19 C

Introduo bsica de eletrnicaFormas de dissipao da energia: resistor calor

Outras formas: som, movimento, luz, etc.Corrente eltrica - dissipao

Introduo bsica de eletrnicaCorrente eltrica alternada (AC)

Introduo bsica de eletrnicaCorrente eltrica - perigos

Introduo bsica de eletrnicaCorrente eltrica - perigosCorrente alternada X Corrente contnuaEm geral, a corrente contnua (CC) menos perigosa que a corrente alternada (CA). Os efeitos da corrente alternada no organismo dependem em grande parte da velocidade com que ela alterna (isto , sua freqncia), que medida em ciclos por segundo (hertz). As correntes de baixa freqncia (de 50 a 60 hertz) comumente utilizadas nos Estados Unidos, so mais perigosas que correntes de alta freqncia e 3 a 5 vezes mais perigosas que uma corrente contnua de mesma voltagem e intensidade (amperagem). A corrente contnua tende a causar fortes contraes musculares que, freqentemente, fazem com que a vtima se afaste da fonte de corrente. A corrente alternada a 60 hertz, frequentemente, faz com que os msculos permaneam contrados na posio impedindo que as vtimas consigam soltar a fonte de corrente. Em decorrncia disso, a exposio pode ser prolongada, causando queimaduras graves. Geralmente, quanto mais alta a voltagem e amperagem, maior a leso, independentemente do tipo de corrente.

Introduo bsica de eletrnicaCorrente eltrica - perigos

Introduo bsica de eletrnicaTenso ddp (diferena de potencial)

Introduo bsica de eletrnicaUnidades de Medida1 k (kilo) = 103 = 1.000

1 M (mega) = 106 = 1.000.000

1 G (giga) = 109 = 1.000.000.000

1 T (tera) = 1012 = 1.000.000.000.000

--------------------------------------------------

1 m (mili) = 10-3 = 0.001

1 u (micro) = 10-6 = 0.000001

1 n (nano) = 10-9 = 0.000000001

1 p (pico) = 10-12 = 0.000000000001

Introduo bsica de eletrnicaUnidades de MedidaNa eletrnica:

(resistores)

1000 = 1k

3.300 = 3k3

1.200.000 = 1M2

(capacitores)

0.000000000018 F = 18 pF

0.0000001 F = 100 nF

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: RESISTORES

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: RESISTORESSmbolo esquemtico:Unidade: Ohm

Componentes discretos: RESISTORESIntroduo bsica de eletrnicaPotencimetro

RESISTORESIntroduo bsica de eletrnica

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: CAPACITORESUnidade: F Faraday

Componentes discretos: CAPACITORESIntroduo bsica de eletrnica

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: CAPACITORESCermico sem polaridadeEletroltico com polaridade

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: CAPACITORES

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: CAPACITORESTrimmerSmbolo

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: INDUTORESUnidade: H Henry

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: INDUTORES

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: DIODOS

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: FUSVELSmbolo:

Introduo bsica de eletrnicaComponentes discretos: TRANSISTORES

Introduo bsica de eletrnicaCircuitos Integrados

Introduo bsica de eletrnicaCircuitos IntegradosVantagensTamanho e pesoPotnciaAlta velocidadeConfiabilidadeCusto

DesvantagensLimitao de tiposLimitao de correntes e tensesEscala de integraoQuanto escala, podemos classificar os circuitos integrados em:SSI: integrao em baixa escala: at 100 componentes integrados.MSI: integrao em mdia escala: de 100 at 1.000 componentes integrados.LSI: integrao de grande escala: de 1.000 a 10.000 componentes integrados.VLSI: integrao de escala muito grande: acima de 10.000 componentes integrados.

Introduo bsica de eletrnicaCircuitos Integrados

Introduo bsica de eletrnicaCircuitos IntegradosViso interna de um CI.

Introduo bsica de eletrnicaData-SheetsDatasheet (folha de dados) o termo tcnico usado para identificar um documento relativo a um determinado produto. Ver exemplos: CD4067 (multiplex), HCT4094 (shift register), PIC18F4680 (microcontrolador).Contm especificaes tcnicas como: pinagem, encapsulamento, temperatura de funcionamento, tenses mximas, tenses mnimas, correntes mximas, correntes mnimas, instrues de funcionamento, caractersticas fsicas, esquemtico de exemplo, etc.

Introduo bsica de eletrnicaInstrumentos de medidas eltricas

Revendo...Introduo bsica de eletrnica

Introduo bsica de eletrnicaProto-board

Introduo bsica de eletrnicaCurto-CircuitosServio mal feito...

Introduo bsica de eletrnicaCurto-CircuitosGambiarra...

Introduo bsica de eletrnicaCurto-CircuitosFalta de informao (e no ter noo do perigo...)

Introduo bsica de eletrnicaCurto-CircuitosAff...(sem comentrios)

ANLISE DE CIRCUITOSCORRENTE E TENSO ALTERNADA

SUMRIOSinais SenoidaisCircuitos CA Resistivos Circuitos CA Indutivos Circuitos CA Capacitivos Circuitos RLC Fator de Potncia Circuitos Mistos

Sinais Senoidais*Varia de polaridade e valor ao longo do tempo e, dependendo de como essa variao ocorre, h diversas formas de sinais alternados:

Senoidal Quadrada Triangular Etc.Representao grficaSINAL ALTERNADO

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*VALOR DE PICO A VALOR DE PICO A PICO

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*PERODO E FREQNCIA

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*REPRESENTAO MATEMTICA

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*FREQNCIA ANGULAR

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*VALOR EFICAZ - RMS

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*EXEMPLOTenso de Pico: Vp = 5VTenso de pico a pico: Vpp = 10 VPerodo: T = 0,25 sFreqncia: f = 1/0,25s = 4 HzFreqncia angular: = 2 f = 2 4 = 8 rd/sValor eficaz: Vrms = 5 . 0,707 = 3,535 VrmsExpresso matemtica: v(t) = Vp sen t = v(t) = 5 sen 8 t

Exemplo: t = 0,6 s

v(t) = 5 sen (8 0,6) = 2,94 V

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*DIAGRAMA FASORIALOutra forma de representar um sinal senoidal atravs de um fasor ou vetor girante de amplitude igual ao valor de pico (Vp) do sinal, girando no sentido anti-horrio com velocidade angular

Sinais Senoidais

Sinais Senoidais*RESUMO DAS REPRESENTAES DE UM SINAL SENOIDALForma de ondaDiagrama fasorialExpresso TrigonomtricaV(t) = 12 sen t + 60 (V)NmeroComplexoV = 12 V V = 6 + j 10,39 V

Sinais Senoidais

Circuitos CA Resistivos*CIRCUITOS RESISTIVOS EM CAA resistncia eltrica, quando submetida a uma tenso alternada, produz uma corrente eltrica com a mesma forma de onda, mesma freqncia e mesma fase da tenso, porm com amplitude que depende dos valores da tenso aplicada e da resistncia, conforme a LEI DE OHM.

Circuitos CA Resistivos

Circuitos CA Resistivos*TENSO E CORRENTE NA RESISTNCIA ELTRICA


Circuitos CA Resistivos*POTNCIA CA NUM RESISTORp(t) = v(t) . i(t) ou p(t) = R i2 (t) ou p(t) = v2(t) / R Potncia instantneaPotncia mdia


*Circuitos CA IndutivosINDUTORChamamos de indutor um fio enrolado em forma de hlice em cima de um ncleo que pode ser de ar ou de outro material.

Circuitos CA Indutivos

*FORA ELETROMOTRIZUma corrente, ao passar por uma espira (uma volta de fio), origina um campo magntico cujas linhas de campo cortam as espiras subsequentes, induzindo nelas uma tenso e, denominada FEMCircuitos CA Indutivos


*Circuitos CA IndutivosCONCLUSES: INDUTORUm indutor armazena energia na forma de campo magntico.

Um indutor se ope a variaes de corrente.

Num indutor, a corrente est atrasada em relao tenso


*Circuitos CA IndutivosINDUTNCIA LA oposio s variaes de corrente num indutor anloga oposio passagem de corrente num resistor.No indutor, a tenso diretamente proporcional variao de corrente, sendo L a constante de proporcionalidade, que dada por:


*INDUTOR IDEAL EM CACircuitos CA IndutivosSe a tenso aplicada a um indutor ideal for senoidal, a corrente fica atrasada de 90 em relao tenso.


*Circuitos CA IndutivosREATNCIA INDUTIVAA medida da oposio que o indutor oferece variao da corrente dada pela sua reatncia indutiva XL . Sendo:XL = mdulo da reatncia indutiva em OHM ()L = Indutncia da bobina em Henry (H)f = freqncia da corrente em Hertz (Hz) = freqncia angular da corrente em radianos/segundos (rd/s)

XL = 2 f L ou XL = L


*Circuitos CA IndutivosEXEMPLO


*Circuitos CA IndutivosCONCLUSOO indutor ideal comporta-se como um curto-circuito em corrente contnua e como uma resistncia eltrica em corrente alternada. Para uma freqncia muito alta, o indutor comporta-se como um circuito aberto.


*Circuitos CA IndutivosCIRCUITO RL SRIENa prtica um indutor apresenta uma resistncia, e alm disso podemos ter resistores em srie com o indutor, neste caso a corrente continuar atrasada em relao a tenso, porm com um ngulo menor que 90


*Circuitos CA IndutivosEXERCCIO


*Circuitos CA IndutivosCIRCUITO RL PARALELONo circuito RL paralelo, a tenso no gerador a mesma no resistor e no indutor. Porm, a corrente fornecida pelo gerador a soma vetorial das correntes no resistor e no indutor


*Para o circuito abaixo, determinar:ImpednciaCorrentesngulo de defasagemCircuitos CA Indutivos


*Circuitos CA CapacitivosCAPACITORUm capacitor ou condensador um dispositivo que armazena cargas eltricas. Ele consiste basicamente em duas placas metlicas paralelas, denominadas armaduras, separadas por um isolante, chamado material dieltrico

Circuitos CA Capacitivos

*Circuitos CA CapacitivosCAPACITNCIAA capacitncia C a medida da capacidade do capacitor de armazenar cargas eltricas, isto , armazenar energia na forma de campo eltricoQ = V . COnde:Q = quantidade de cargas em Coulomb (C)V = tenso entre oe terminais em Volt (V)C = capacitncia em Farad (F)


*Circuitos CA CapacitivosCONCLUSES: CAPACITORUm capacitor armazena energia na forma de campo eltrico.Um capacitor comporta-se como um circuito aberto em tenso contnua, mas permite a conduo de corrente para tenso varivel.Num capacitor, a corrente est adiantada em relao tenso.

*Circuitos CA CapacitivosCAPACITNCIAO fato do capacitor permitir a conduo de corrente quando a tenso aplicada varivel, no significa que a conduo ocorra sem oposio. S que no caso do capacitor, ao contrrio do que ocorre no indutor, quanto mais rpida a variao da tenso, menos oposio existe passagem da corrente.

No capacitor a corrente diretamente proporcional variao de tenso, sendo esta constante proporcionalmente capacitncia c

*Circuitos CA CapacitivosCAPACITOR IDEAL EM CASe a tenso aplicada a um indutor ideal for senoidal, a corrente fica adiantada de 90 em relao tenso.


*Circuitos CA CapacitivosREATNCIA CAPACITIVA a medida da oposio oferecida pelo capacitor passagem da corrente alternada.

*Circuitos CA Capacitivos

*Circuitos CA CapacitivosCIRCUITO RC SRIEQuando uma tenso alternada aplicada a um circuito RC srie, a corrente continua adiantada em relao a ela, s que de um ngulo menor que 90, pois enquanto a capacitncia tende a defas-la em 90, a resistncia tende a coloc-la em fase com a tenso.

*Circuitos CA CapacitivosCIRCUITO RC PARALELO No circuito RC paralelo, a tenso do gerador (v) a mesma no resistor (VR ) e no capacitor (Vc ), mas a corrente fornecida pelo gerador (i) a soma vetorial das correntes no resistor (iR ) e no capacitor (ic ).

*Para o circuito a seguir, calcule:

ImpednciaValor de todas as correntesCircuitos CA Capacitivos

*Circuitos CA RLCCIRCUITO RLC SRIEO circuito RLC srie formado por um resistor, um indutor e um capacitor ligados em srie.

*Circuitos CA RLCCIRCUITO RLC SRIEConsiderando arbitrariamente que o circuito indutivo, e portanto VL > VC , e desta forma a corrente estar atrasada em relao tenso. Para obter a expresso da tenso total e da impedncia devemos fazer a soma vetorial das trs tenses.

*Circuitos CA RLCIMPEDNCIA - RESSONNCIA

*Circuitos CA RLC

*Circuitos CA RLCCIRCUITO RLC PARALELOO circuito RLC paralelo formado por um resistor, um indutor e um capacitor ligado em paralelo.

*Circuitos CA RLCCIRCUITO RLC PARALELO

**Circuitos CA RLCCIRCUITO RLC PARALELO

*Fator de PotnciaFator de PotnciaEm uma instalao eltrica a adio de cargas indutivas diminui o fator de potncia (cos ) o que implica na diminuio da potncia real (ou potncia ativa) aumentando a potncia aparente ou, se a potncia real (watts) se mantiver no mesmo valor a potncia aparente aumenta o que implica em um aumento na corrente da linha sem um aumento de potncia real. Para compensar (aumentar o FP) deveremos colocar capacitores em paralelo com a carga indutiva que originou a diminuio do FP.

Seja uma carga Z, indutiva, com fator de potncia cos 1 e desejamos aumentar o FP para cos 2 *Fator de PotnciaFator de Potncia

*Fator de Potncia

*Quando ligamos o capacitor de 75 F, a corrente na carga no muda, mas a corrente na linha diminui. Esse o objetivo, diminuir a corrente na linha, mantendo as condies da carga.Fator de PotnciaFator de Potncia

*CIRCUITOS MISTOSFator de PotnciaPara resolvermos um circuito misto devemos:

Calcular a impedncia equivalenteCalcular todas as correntes e tensesTrata-se de um procedimento semelhante ao adotado na anlise de circuitos resistivos, somente que agora temos elementos reativos presentes, sendo necessrio usar como ferramenta de anlise os nmeros complexos.

*Fator de Potncia

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