Avisos:

•Entrega da Prova P1; •Trabalho sobre Baterias; Entrega: P2 (a definir) •Lista de Exercícios. Entrega: 01/02 •Site no Ar: http://eletricidade-no-ar.webnode.com

Divisores de Tensão, Reostatos e Potenciômetros

- Aula 9

• Os divisores de tensão são circuitos que

possibilitam obter mais de uma tensão de

uma única fonte de força;

• Um divisor de tensão normalmente consiste

de dois ou mais resistores ligados em série;

• Como a corrente flui através dos resistores,

tensões diferentes podem ser obtidas entre

os terminais de saída.

Exemplo:

Existirão aqui as quedas de tensão VR1, VR2,VR3

• As quedas de tensão VR1, VR2 e VR3 também podem ser nomeadas em termos dos pontos aos quais os resistores estão conectados.

• Ou seja: • VR1 = VAB

• VR2 = VBC

• VR3 = VCD

Onde por exemplo: VAB = VA - VB

Considerações sobre o circuito divisor de tensão:

• A voltagem em cada ponto é medida com base em um

ponto comum ou de referência.

• A presença do símbolo “terra” em um

determinado ponto do circuito fixa este como referência

para as medidas de tensão nos demais pontos do circuito.

• Dependendo da posição do “terra”, as tensões poderão

sofrer alguma modificação quanto ao seu sinal.

Exemplos: a) Circuito com a referência deslocada para o negativo da

fonte:

• Neste caso mais comum, os potenciais observados nos pontos A, B, C e D serão maiores ou iguais a zero.

Logo: VA, VB, VC, VD ≥ 0 Volts.

Nota: VR1 = VAB = VB- VA

b) Circuito com a referência deslocada para o positivo da fonte:

• Neste caso, os potenciais observados nos pontos A, B, C e D serão menores ou iguais a zero.

Logo: VA, VB, VC, VD ≤ 0 Volts.

• Ainda que a referência tenha mudado, as quedas de tensão nos respectivos resistores permanecem as mesmas.

Aplicação • Destinam-se a alimentar

através dos terminais de saída outros componentes ou circuitos.

Exemplos: Polarização de

transistores e amplificadores

operacionais.

• Dá se o nome de “carga” a componentes ou circuitos que alimentados por um divisor de tensão demandam certa corrente para funcionar.

• Um divisor de tensão é projetado para manter certo nível de tensão entre seus terminais. Quando em “vazio” poderá apresentar uma tensão diferente entre os mesmos terminais quando submetido a “carga”.

• Sendo “Vazio” o termo que define a situação ao qual o circuito divisor não alimenta nenhum outro circuito.

• A carga quando conectada ao divisor de

tensão atua como uma resistência em paralelo

com as resistências do divisor, modificando

portanto a resistência equivalente do próprio

circuito divisor de tensão.

• Observe o Circuito antes e depois:

• A Resistência de Carga drena corrente do circuito divisor modificando-o.

• Para garantir a tensão de saída correta do circuito divisor, deve-se:

• Considerar que a corrente de dreno é insignificante e por conta disso não altera a resistência equivalente; ou

• Logo de inicio, proceder os cálculos dos resistores do circuito divisor de tensão já considerando as cargas que serão introduzidas.

Exemplo: • Dado o circuito a seguir, determine o valor de R2 para se obter na

saída do divisor uma tensão equivalente a 70 V com uma corrente total (It) limitada a 1(A).

• Considere em um primeiro momento o divisor operando em vazio. Depois considere este divisor conectado a uma carga com as seguintes características elétricas:

RC= 100 Ω e Tensão de Alimentação = 70 V Responda: O valor de R2 é o mesmo para o circuito “com” e “sem”

carga?

Reostatos e Potenciômetros

• Um REOSTATO é um resistor variável usado para variar a quantidade de corrente fluindo num circuito. • Este se apresenta como uma resistência de dois terminais com um braço de contato corrediço.

Exemplo: Controle de Brilho • Conforme o braço deslizante se mover do ponto “A” para o ponto “B”, a quantidade de resistência do reostato (AB) é diminuída. Como a resistência do reostato e a resistência da lâmpada estão em série, a resistência total no circuito também diminui e a corrente em contra partida aumenta. Lâmpada brilha mais! • Por outro lado, se o braço deslizante é movido na direção do ponto “B” para o ponto “A”, a resistência total aumenta, diminuindo a corrente no circuito. Lâmpada brilha menos!

• O POTENCIÔMETRO é um resistor variável

que possui três terminais. As duas extremidades

e o braço corrediço são ligados ao circuito.

• Um potenciômetro é usado para variar a tensão

sobre um determinado componente ou circuito. Era

um dos controles mais comuns usados em equipamentos

elétricos e eletrônicos.

• Alguns exemplos são os controles de volume em

circuitos de áudio.

• Os potenciômetros podem ser classificados pela forma como variam a resistência. - O potenciômetro “linear” é aquele cuja variação se dá de forma proporcional a variação do eixo. - O potenciômetro “logarítmico” é aquele cuja variação ocorre exponencialmente a variação do eixo.

• Exemplo: Controle de Volume

• O ajuste do potenciômetro implica na mudança da tensão observada pelo dispositivo ligado ao mesmo.

• Movimentado para cima o cursor, aumenta a tensão que faz aumentar o volume. Para baixo a tensão diminui e portanto também diminui o volume de áudio do sinal de saída.

Prefixos para Unidades de Medidas Elétricas

• Em elétrica, frequentemente as grandezas

variam desde números que representam

a milionésima parte de uma unidade básica até

valores extremamente grandes, sendo assim, é

necessário o uso de prefixos para representar

uma ampla faixa de grandezas tais como: volts,

ampères, ohms, frequência, capacitâncias, entre

outras.

• Exemplos:

• O Quilo significa 1.000 e quando usado com volts é expresso como Quilovolt, significando 1.000 volts. O símbolo para Quilo é a letra “k". Então, 1.000 volts são 1 Quilovolt ou 1 kV.

• Por outro lado, 1 milivolt é igual a um miléssimo do

V, ou 10-3 V. Isto pode ser escrito como 1 mV. • Estes prefixos podem ser usados com todas as

unidades elétricas. Eles proporcionam um método conveniente para que se escrevam valores grandes e pequenos.

• Uma série de prefixos que aparecem com o nome da unidade foram concebidos para os vários múltiplos e submúltiplos das unidades básicas.

Prefixos Símbolo Valor Exemplo

Tera T 1012 5Tbytes

Giga G 109 1 Gwatts

Mega M 106 6 Mvolts

Quilo k 103 2 kΩ

Mili m 10-3 20 mA

Micro μ 10-6 5 μA

Nano n 10-9 47 nF

Pico p 10-12 100 pF

Exercícios

• Converta:

a. 4700 Ω ___ kΩ b. 0,010 A ___ mA c. 0,000047 F ___ μF d. 13200 V ___ kV e. 255000000 W ___ MW f. 4860000 Hz ___ kHz g. 0,00000375 A ___ μA

Magnetismo, Eletromagnetismo e Indução Eletromagnética – Aula 10

• Introdução:

O magnetismo é um fenômeno natural ligado a determinados tipos de materiais que possuem a capacidade de alterar fisicamente as propriedades do espaço ao seu redor.

A maioria dos equipamentos elétricos depende diretamente ou

indiretamente do magnetismo para funcionar. O magnetismo está tão intimamente relacionado com a

eletricidade no mundo industrial moderno que pode-se afirmar seguramente que sem ele o estilo de vida como o conhecemos seria improvável.

• Definição de Magnetismo:

“É propriedade presente em certos materiais que possuem a capacidade de atrair (trocar forças) com substâncias metálicas (ferro, níquel, cobalto e ligas mistas)”.

• Estes materiais são denominados ímãs e podem ser de dois tipos:

• Naturais e Artificiais

Ímãs Naturais

• São apenas dois: a) A Magnetita – Óxido Magnético de Ferro; b) E o próprio planeta Terra;

Ímãs Naturais • Histórico:

• 2637 a.C. descoberto pelos povos chineses • 600 a.C. estudado as propriedades elementares pelos

gregos da Magnésia • 1040 criação da bússola na china • 1269 apontado com pólos “norte” e “sul” • 1600 descoberto o magnetismo da Terra • 1819 descoberta a relação entre o magnetismo e a

corrente elétrica • 1873 formuladas as leis de Maxwell

Ímãs Artificiais

• São aqueles produzidos industrialmente pelo homem.

• Podem possuir diversas formas como por exemplo barra, ferradura, disco ou cilindro.

Campo Magnético “B”

• Muito embora haja um conhecimento acumulado significativo, o magnetismo é uma força invisível de natureza não completamente determinada que pode ser melhor descrita pelos efeitos que produz.

• O campo magnético portanto é a região do espaço onde se faz sentir sua influência com início e término marcado por áreas específicas denominadas pólos.

• A forma do campo magnético dependerá forma do ímã devido as diferentes disposições dos pólos.

Representação do Campo Magnético e suas Propriedades

• Seja um ímã em barra, seu campo pode ser revelado por partículas metálicas e representado por “linhas de força”.

• Por convenção, as linhas de força saem do pólo Norte e chegam ao pólo Sul.

• Simboliza-se o Campo por B e sua unidade no SI é o Tesla [T].

Fluxo Magnético “ф”

• É caracterizado pelo conjunto de linhas de força que emergem no pólo norte.

• O fluxo magnético é simbolizado pela letra grega ф (phi) e sua unidade no SI é o Weber (Wb).

• 1x108 linhas equivalem a 1 Wb.

Classificação das Substâncias

• Quanto a resposta ao magnetismo, as substância naturais podem ser classificadas em três categorias:

• Ferromagnéticas. Representa o grupo daqueles materiais que podem ser magnetizados - ferro, níquel, cobalto e ligas como alnico e o Permalloy. μ >>> 1

• Paramagnéticas - Representa o grupo dos materiais que

retém pouco ou quase nenhum magnetismo - alumínio, platina, manganês e cromo. μ > 1

• Diamagnéticas - Representa o grupo dos materiais avessos ao magnetismo - cobre, zinco, mercúrio, ouro e prata. μ < 1

Origem de Campo Magnético

• Nas substâncias ferromagnéticas a teoria que explica a ação de um ímã considera que cada molécula dessa substância é um pequeno ímã elementar com pólos norte e sul.

• Uma vez que uma força magnetizadora é aplicada, os imãs elementares se combinam produzindo um campo total até o limite da saturação do material.

Interação entre Pólos e Indivisibilidade entre Pólos Norte e Sul

• Pólos de iguais se repelem e pólos diferentes se atraem.

• Pólos norte e sul são indivisíveis.

Permeabilidade Magnética “μ”

• A permeabilidade se refere a capacidade do material de concentrar fluxo magnético.

• Um pedaço de material ferromagnético próximo a um campo magnético oferece uma caminho de menor relutância à passagem do fluxo.

• Onde relutância é inversamente proporcional a permeabilidade. • Permeabilidade do ar/vácuo μa = 1 • Permeabilidade do ferro doce μr > 5000

Manuseio de Ímãs

• No manuseio de ímãs deve-se evitar: – Aplicações diretas de calor – Impactos, e – Quedas

• Calor excessivo ou choques repentinos provocam o desalinhamento dos imãs elementares enfraquecendo o campo magnético.

Eletromagnetismo • Em 1819, o cientista dinamarquês Oersted descobriu uma relação

entre o magnetismo e a corrente elétrica. • Ele observou que uma corrente elétrica ao atravessar um condutor

produzia um campo magnético em torno do condutor.

• O campo se manifesta por linhas circulares que podem ser evidenciadas por limalha de ferro.

Campo Magnético Produzido por um Fio Retilíneo

• A intensidade do campo é diretamente proporcional a intensidade da corrente e inversamente proporcional a distância.

• O sentido do Campo magnético é dado pela regra da mão direita (corrente sentido convencional) ou regra da mão esquerda (corrente sentido eletrônico).

Regra da Mão Direita • Para determinar o sentido do campo por esta regra

deve-se projetar o polegar no sentido da corrente e envolver o condutor pelos demais dedos que se curvarão no sentido do campo.

Campo Magnético Produzido por uma Espira

• O fato de se entortar um fio condutor reto de modo a formar um laço simples (loop ou espira) traz duas consequências:

a. As linhas de campo magnético se intensificam dentro do laço; b. As linhas dentro do laço se somam em um campo resultante.

• Tal como no condutor retilíneo, o sentido do campo bem como a polaridade do mesmo podem ser determinados pela regra da mão direita.

• Os pólos magnéticos se apresentam sobre as faces da espira na direção e sentido do campo resultante.

“Face Sul” “Face Norte”

Campo Magnético Produzido por uma Bobina

• Forma-se uma bobina quando há mais de um espira ou loop. • Em consequência do número de espiras presentes, tem-se o campo

resultante aumentado na mesma proporção que o número de espiras.

• Tal como na espira, pólos magnéticos norte e sul se apresentam na extremidades da bobina e podem ser facilmente determinados pela regra da mão direita.

Eletroímã

• Obtém-se um eletroímã ao adicionar uma barra de material ferromagnética no interior da bobina.

• A barra altera a permeabilidade magnética do meio propiciando a concentração do maior número de linha de força possível intensificando o campo magnético.

Aplicações dos Eletroímãs

• Eletroímãs são amplamente utilizados em dispositivos elétricos algumas de suas aplicações são:

• Campainhas;

• Autofalantes;

• Relés;

Relés • É um dispositivo eletromecânico de acionamento

remoto de cargas que proporciona uma separação definitiva entre operador e dispositivo operado.

Indução Eletromagnética

• Segundo a Lei de Faraday, quando linhas de força são interceptadas por um condutor elétrico ou sobre um condutor em repouso incide uma fluxo variável de campo, uma força eletromotriz (tensão) é induzida neste condutor.