Eletrotécnica

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EELLEETTRROOTTÉÉCCNNIICCAA

Centro de Excelência em Tecnologia e Manufatura Maria Madalena Nogueira

SENAI-CETEM AV. Amazonas, 55 – CENTRO BETIM – MG – Cep. 32650-720

Tel. 31-3594-1000 – E-mail: [email protected]

Eletrotécnica/ Curso de Eletrotécnica ____________________________________________________________

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Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara Elaboração Equipe CETEM Edição: Maio 2007 Unidade Operacional Centro de Excelência em Tecnologia e Manufatura Maria Madalena Nogueira


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1 - INTRODUÇÃO

Histórico: O estudo da eletricidade iniciou-se na Grécia antiga, quando um pastor percebeu que seu cajado era atraído por uma pedra de âmbar (eléktron em grego). O estudo do fenômeno comprova a existência das cargas elétricas.

Eletricidade: Fenômeno natural do movimento das cargas elétricas.

Matéria: Tudo que ocupa lugar no espaço e possui massa.

O átomo

Para melhor entendimento da energia elétrica e seus fenômenos,

procuremos entender primeiro a constituição da matéria. Conforme a teoria atômica, qualquer substância (madeira, ferro, cobre, etc.) é composta de átomos. Portanto, átomo é o elemento básico que constitui a matéria.

Os átomos possuem dimensões reduzidíssimas e são basicamente

constituídos de partículas, e segundo a teoria atômica são classificados de: • Núcleo, composto por prótons e nêutrons, é onde se concentra a

massa de átomo. • Elétrons, partículas com carga elétrica negativa, que giram em torno

do núcleo com alta velocidade. Os prótons possuem carga elétrica positiva, os nêutrons possuem carga

elétrica neutra e os elétrons possuem carga elétrica negativa. As cargas elétricas iguais se repelem e as cargas elétricas diferentes se atraem. Os elétrons são atraídos pelo núcleo, que tem carga elétrica negativa, porém não chegam a se encostar a ele, pois a aceleração centrípeta do elétron cria uma força que se equilibra com a força de atração do núcleo.

Se os prótons possuem carga elétrica positiva e o núcleo é formado por prótons, é natural questionar por que não existe uma reação mútua entre eles de


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forma que se repelissem. Isso não acontece devido aos nêutrons, que equilibram a massa do núcleo, evitando tal reação.

A figura abaixo ilustra a ação (campo elétrico) das forças de ação e repulsão das cargas elétricas:

Existem regiões nos átomos onde os elétrons podem se posicionar, que são

chamadas camadas. A força de atração do núcleo em relação ao elétron varia conforme distância

entre os dois e quanto maior a energia do elétron, maior será sua distância em relação ao núcleo, por isso podemos concluir que as camadas representam também, a quantidade de energia do elétron.

Quando o elétron recebe energia (quantum), se desloca para uma camada ou órbita mais externa e quando perde energia (fótons), se desloca para uma camada mais próxima do núcleo.

Resumindo, quanto mais afastado do núcleo estiver o elétron, menor será a força de atração entre eles e, conseqüentemente, quanto mais próximo maior a força de atração.

A camada mais externa do átomo recebe o nome de camada de valência, e o elétron que a ocupa também recebe o nome de elétron de valência ou elétron de condução a até elétron livre. O elétron mais próximo do núcleo recebe o nome de elétron planetário.

As cargas elétricas que se deslocam são somente as cargas negativas, sendo que as cargas positivas são estáticas.


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Seguindo essa relação entre camadas e força de atração, podemos definir

os seguintes materiais elétricos: isolantes, condutores e semicondutores. Condutores: os elétrons mais distantes do núcleo são atraídos muito fracamente, em conseqüência, possuem maior facilidade em se deslocarem para uma órbita mais externa. O elétron da última camada, quando recebe uma quantidade de energia (quantum), em forma de luz, temperatura ou outra, se torna um elétron livre. Resumindo, os elétrons mais distantes do núcleo, em especial os da última camada, têm maior facilidade em se desprenderem do átomo. Como a eletricidade é o movimento das cargas elétricas (negativas), é fácil deduzir que os condutores são os materiais que têm facilidade para permitir o movimento de cargas elétricas. Exemplos de materiais condutores: ouro, prata, cobre alumínio, zinco, etc. O cobre, por exemplo, possui 29 elétrons. Fazendo sua distribuição eletrônica poderemos perceber que na última camada restará apenas 1 elétron, que estará mais distante do núcleo.

Os bons condutores são materiais que têm facilidade em doar elétrons, permitem com facilidade o movimento de ca rgas elétricas.

Isolantes: são materiais que possuem elétrons mais próximos do núcleo. Esses materiais têm dificuldade em permitir o movimento de cargas elétricas. Quando fazemos a distribuição eletrônica de uma material isolante perceberemos que sua camada de valência conterá entre 5 e 8 elétrons.

Exemplos de materiais isolantes: borracha, mica, plástico, porcelana, etc.

Os isolantes ou mau condutores são materiais que nã o permitem o movimento de cargas elétricas, ou permitem com di ficuldade.

Semicondutores: são materiais que podem ser isolantes ou condutores dependendo da forma como se interligam. Possuem 4 elétrons na camada de valência. Têm enorme aplicação na eletrônica. Exemplos de semicondutores: silício, germânio, arsênio, etc.


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O esquema a seguir resume a relação entre esses materiais elétricos e a quantidade de elétrons em suas camadas de valência.

Material N. º de elétrons na camada de valência.

Isolantes 1 a 3 semicondutores 4 Condutores 5 a 8

Íons

Os átomos são encontrados na natureza eletricamente equilibrados, ou seja,

possuem a mesma quantidade de prótons e elétrons, esses átomos são chamados átomos neutros. Os átomos que possuem números diferentes de cargas positivas e negativas são chamados íons ou átomos desequilibrados.

Quando um átomo perde um elétron, ele se torna carregado positivamente,

sendo denominado íon positivo ou cátion. Quando ganha um elétron, ele se torna carregado negativamente, sendo denominado íons negativos ou ânion. 2 - GRANDEZAS ELÉTRICAS

Tensão e Corrente elétrica

Vamos considerar o material equilibrado da figura abaixo. Ao observarmos,

notaremos que sua quantidade de elétrons é igual à quantidade de prótons.


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Causaremos um desequilíbrio elétrico nesse material, por exemplo, nos átomos das extremidades. Retiraremos 1 elétron da extremidade da direita e acrescentarmos outro elétron no átomo da extremidade esquerda.

Notemos agora que existirá uma diferença entre os potenciais elétricos do

material. A extremidade esquerda estará com uma carga negativa de 1 elétron e a extremidade direita estará com uma carga positiva de 1 elétron. Essa diferença é chamada de d.d.p. – diferença de potencial.

Como existe agora a diferença de potencial, e as cargas diferentes se

atraem, existirá, então uma força de atração que tenderá a manter o equilíbrio elétrico no material. Essa força é chamada f.e.m. – força eletromotriz.

O elétron se deslocará, então, até a extremidade que falta um elétron, para

manter o equilíbrio elétrico. A diferença de potencial (d.d.p.) e a força eletromotriz (f.e.m.), apesar de

serem fenômenos distintos, podem ser considerados como a mesma grandeza: tensão elétrica.

Tensão elétrica é a força que impulsiona ou movimen ta os elétrons.

Ao movimento do elétron em busca de equilíbrio elétrico no material

chamamos de corrente elétrica.


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Corrente elétrica é o movimento ordenado dos elétro ns em uma

unidade de tempo.

A tensão elétrica pode ser comparada a diferença de nível entre a água do

dique e a do vale (diferença de pressão), como mostra a figura abaixo:

A corrente a elétrica pode ser comparada com a água que escoa do dique

para o vale. Somente haverá fluxo de água se houver um desnível de pressão. Da mesma forma, somente haverá corrente elétrica se houver d.d.p. – tensão elétrica.


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Unidades de medidas

A tensão elétrica é representada pelas letras V, E ou U. E sua unidade de

medida é o Volt, que é representada pela letra V. Exemplo: “A tensão residencial em Minas Gerais é de 127V (127 volts). As tensões industriais podem ser 220V, 380V, 440V e 760V”.

Quando nos referimos à grandeza elétrica, dizemos tensão elétrica quando nos referimos à unidade de medida, dizemos Volt. Portanto, é incorreto dizer VOLTAGEM.

A corrente elétrica é representada pela letra I e sua unidade de medida é o

Ampére, que é representada pela letra A. Exemplo: “A corrente do motor da lixadeira é de 1,33A O chuveiro tem corrente de 34A”.

Da mesma forma que a tensão, é incorreto dizer AMPERAGEM.


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Resistência Elétrica

A corrente elétrica ao atravessar um determinado material, encontra

algumas dificuldades e obstáculos. Que podem ser: Área: quanto maior a área do condutor, menor será a dificuldade da corrente

elétrica em percorrer o material, e vice-versa. Comprimento: quanto maior à distância que a corrente elétrica deve

percorrer, maior será sua dificuldade em atravessar o material. Tipo do material: já vimos que a quantidade de elétrons do átomo influencia

diretamente sobre sua capacidade de ser um bom ou mau condutor. Como cada material tem uma quantidade diferente de átomos, podemos dizer que cada um deles apresenta uma dificuldade diferente a passagem da corrente elétrica.

Essa dificuldade oferecida pelo material à passagem da corrente elétrica é

chamada de resistência elétrica.

Resistência elétrica é a dificuldade oferecida por um material a

passagem da corrente elétrica.

A unidade de medida da resistência elétrica é o Ohm, em homenagem ao

cientista que a estudou, George Simon Ohm. O Ohm é representado pela letra grega ômega - Ω.

Exemplo: “O chuveiro tem resistência de 3,66Ω”. Existem alguns componentes elétricos que utilizam a resistência para

executar uma determinada função. Geralmente transformam a energia elétrica em energia luminosa ou energia térmica, podemos dizer que essa é uma das finalidades básicas desses componentes.

Tal componente é denominado resistência ou resistor, e sua função é limitar o valor da corrente elétrica. Todo resistor limita a resistência elétrica, mesmo que sua função em um determinado circuito não seja essa. Quando um resistor limita a corrente elétrica, ele dissipa a energia transformada em forma de calor que em alguns casos pode gerar luz.


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Resistor ou resistência é um componente elétrico qu e tem por

finalidade limitar o valor da corrente elétrica.

Os símbolos do resistor são: Alguns exemplos de resistores:

Instrumentos de medidas

Toda grandeza pode ser medida. Os instrumentos utilizados para medições

de grandezas elétricas são:

Grandeza elétrica Unidade de medida Instrumento de medida

Tensão elétrica Volts Voltímetro

Corrente elétrica Ampére Amperímetro

Resistência elétrica Ohm Ohmímetro

Ω

V

A


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Além desses instrumentos, existem outros que medem a mesma grandeza, porém em escalas diferentes. Exemplo: megômetro, miliamperímetro, micromímetro, etc.

Para valores elevados, como 13600V (13,6KV) ou 500A, são utilizados

instrumentos de medida indireta. Significa que em vez de medir diretamente 500A, o instrumento mede uma amostra dessa corrente e fornece um valor proporcional ao valor real.

Um outro instrumento bastante conhecido é o multímetro ou multiteste. Esse

instrumento reúne todos os outros em apenas um aparelho (ohmímetro, amperímetro e voltímetro).

Lei de Ohm

George Simon Ohm realizou um experimento que demonstrou a relação

entre tensão, corrente e resistência elétrica, através de um circuito simples, composto de uma fonte de tensão e uma resistência.

Ao ligar uma resistência de 100Ω a uma fonte variável de 0 a 100V e variar a tensão da fonte gradativamente, notaremos que a corrente elétrica se comportará da seguinte maneira:

Tensão V 1 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Corrente A 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Resistência 100Ω

Ao observamos a relação entre a tensão e a corrente elétrica, notaremos

que para uma resistência de valor fixo, ao aumentarmos a tensão elétrica, a corrente aumentará na mesma proporção. Porém se alterarmos o valor da resistência, por exemplo, dobrarmos seu valor, a corrente elétrica terá variação proporcional à tensão, mas em seu valor será metade do valor com a resistência de 100Ω. Veja a tabela abaixo:

Tensão V 1 20 30 40 50 60 70 80 90 100


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Corrente A 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 Resistência de 200Ω

Através da análise desses quadros, podemos concluir que a corrente elétrica

aumenta de valor proporcionalmente a tensão elétrica e quando a resistência aumenta de valor, a corrente diminui.

Depois de realizado o experimento e analisado os dados, Ohm elaborou sua lei, denominada Lei de Ohm.

Lei de Ohm: A intensidade da corrente elétrica é di retamente

proporcional a variação da tensão elétrica e invers amente proporcional a resistência elétrica.

A equação matemática que define a lei de ohm é:

IRV ×= Onde:

• V = tensão elétrica em volts; • R = resistência elétrica em ohms; • I = corrente elétrica em ampéres.

Exemplo: “Um ebulidor tem uma resistência de 73,3·, quando ligado

consome uma corrente de 3A, calcule a tensão da rede”. V=73,3Ω x 3A V=220V

Potência Elétrica

Podemos definir como potência mecânica, o trabalho realizado em um

determinado tempo. Por exemplo, se máquina A consegue trefilar 350t de arames em 2h e a máquina B consegue trefilar a mesma quantidade em 1h, dizemos que a máquina B é mais potente que a máquina A, pois realizou o mesmo trabalho em um tempo menor.

O mesmo princípio se aplica a eletricidade, porém os elementos que realizam trabalho na eletricidade são os elétrons. A potência elétrica é o trabalho realizado pelos elétrons em um determinado tempo. Se um determinado equipamento elétrico tem maior potência que outro, significa que ele realiza um trabalho elétrico maior em um tempo menor.

Potência elétrica é o trabalho realizado pelos elét rons em um

período de tempo.

A potência elétrica é representada pela letra P. A unidade de medida mais conhecida é o Watt ( lê-se “vate” ) e é

representado pela letra W, porém existem outras que são bastante usadas: CV – Cavalo Vapor: 1CV = 736W; HP – Horse Power: 1HP = 746W;


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J/S – Joule por segundo: 1J/S = 1W.

Para calcular a potência elétrica em circuitos de corrente contínua, ou circuitos resistivos de corrente alternada, basta multiplicar a tensão pela corrente elétrica, então temos:

IVP ×=

Onde: P = potência elétrica em watts V = tensão elétrica em volts I = corrente elétrica em ampéres.

Exemplo: “Qual a potência elétrica do motor do limpador de pára-brisas de

um automóvel sabendo que sua tensão é de 12V e sua corrente é 1A”? AVP 112 ×=

P = 12W “Qual a corrente elétrica consumida por um chuveiro de 4400W ligado a uma

rede de 127V”? I = 34,64A

Efeito Joule

Todo material pode ser percorrido por uma corrente elétrica. Não existe um

isolante perfeito, que impossibilita a passagem de um elétron sequer, da mesma forma não existe um condutor perfeito, que apresenta 0Ω de resistência à passagem da corrente elétrica.

Quando uma corrente elétrica atravessa um material, os elétrons dissipam energia em forma de calor, que na verdade representa a transformação de energia. Segundo a lei de Lavousier, “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Todo material ao ser percorrido por uma corrente elétrica emite uma quantidade de calor que depende do valor da corrente elétrica e da resistência do material, pois quanto menor a resistência, maior será a corrente elétrica. Definimos como lei de Joule, a propriedade dos materiais de, ao serem percorridos por uma corrente elétrica, aquecerem.

Efeito Joule é a dissipação de calor de um material provocada pela

circulação de corrente elétrica.

Exemplo: Um chuveiro esquenta a água através da lei de Joule. No seu

interior existe uma resistência elétrica que ao ser percorrida por corrente elétrica se esquenta, aquecendo a água. Quando mudamos a chave seletora para a posição inverno, a resistência elétrica diminui, por conseqüência a corrente elétrica aumenta, e aumenta então a quantidade de calor desenvolvida pelo chuveiro.

A quantidade de calor desenvolvida pelo efeito Joule pode ser calculada pela

seguinte equação:

V

PI =

V

WI

127

4400=


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Q = I2 x R x t Onde: Q: quantidade de calor desenvolvida em j (joules) I: corrente elétrica R: resistência elétrica. T: tempo em segundos Para calcularmos a quantidade desenvolvida em cal (calorias): Q = I2 x R x t x 0,24 Onde 0,24 é a constante de transformação de joules para cal.

3 - CIRCUITO ELÉTRICO

A palavra circuito significa caminho fechado, ou seja, aquele caminho que

permite regressar ao ponto de partida logo após ao ponto de chegada. Circuito elétrico pode ser definido, então, como caminho fechado por onde circulam os elétrons.

Circuito elétrico é o caminho fechado por onde circ ulam os

elétrons.

Componentes de um circuito elétrico

Fonte: é responsável por gerar e fornecer tensão elétrica ao circuito.

Fonte

Dispositivo de manobra

Consumidor ou carga

Condutores


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Condutor: elemento responsável em conduzir a corrente elétrica pelo circuito.

Dispositivo de manobra: pode ser um interruptor, chave, seccionador ou outro componente que tenha por finalidade abrir e fechar o circuito, comandando-o.

Consumidor ou carga: elemento responsável em transformar energia elétrica em outro tipo de energia (calor, luz, movimento, etc.). São exemplos de cargas: lâmpadas, chuveiros, televisores, motores elétricos, computadores, etc.

Continuidade

Para que os elétrons percorram o circuito, é necessário que o mesmo não

esteja interrompido em nenhum ponto, ou seja, é necessário que o caminho esteja contínuo, saindo da fonte, passando pelo dispositivo de manobra, passando pela carga e retornando à fonte.

Quando o circuito tem continuidade e a carga está em funcionamento, diz-se

que o circuito está fechado. Quando o circuito está interrompido, por qualquer motivo, diz-se que o mesmo está aberto.

Circuito fechado, portanto, é aquele que tem continuidade, isto é, através

dele a corrente pode circular, conforme demonstrado na ilustração a seguir: Circuito aberto é o que não tem continuidade, que está interrompido. Através

dele a corrente não circula, conforme se pode observar na ilustração.

Simbologia


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A representação dos circuitos elétricos através de desenho de seus

componentes como são na realidade torna-se muito difícil e até mesmo impossível em situações mais complexas. Por isso são utilizados símbolos para representar componentes, recebendo esse desenho o nome de diagrama. O quadro a seguir mostra exemplos de componentes do circuito elétrico e os símbolos que os representam nos diagramas.

Componentes Símbolos

Pilhas

Baterias

Gerador corrente contínua

Fonte geradora

Gerador corrente alternada

Condutor Fios e cabos

Ponto de ligação

Aberto Dispositivo de

manobra Fechado

Lâmpada

Motor CC CA Carga

Resistência ou resistor

O circuito apresentado anteriormente, composto por uma pilha, uma

lâmpada e um interruptor, será representado, então, pelo seguinte diagrama:


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Tipos de Circuitos

O circuito elétrico pode ter apenas uma carga, o que caracteriza um circuito

simples, ou mais de uma carga. Quando o circuito tiver mais de uma carga, essas poderão ser ligadas de

maneiras diferentes e cada uma delas apresentará características próprias.

Circuito Série Pode-se instalar as cargas no circuito de forma que a saída de um

componente seja ligada à entrada do componente seguinte e assim sucessivamente. Dessa maneira, a corrente elétrica terá apenas um caminho para percorrer, saindo da fonte, passando pelo dispositivo de manobra, passando por todas as cargas e retornando à fonte. Esse tipo de circuito é chamado de circuito série.

Circuito série é aquele em que a corrente tem apena s um caminho para percorrer. A saída de um componente está ligad a à entrada

do componente seguinte e assim sucessivamente.

O circuito em série permite ligar ou desligar todas as cargas ao mesmo

tempo, ou seja, não é possível que apenas uma parte fique em funcionamento. Um defeito em um dos componentes interrompe o funcionamento de todo o circuito, pois a corrente elétrica não tem outro caminho.

Circuito Paralelo As cargas também podem ser instaladas de forma que cada uma tenha seu

próprio caminho para a corrente, ou seja, de modo que os elétrons que passarem em cada carga retornem para a fonte sem passar em nenhuma outra. Dessa forma, a corrente que sai da fonte se divide, passando uma parte por cada uma das cargas e retornando à fonte. Esse tipo de circuito é chamado de circuito paralelo.


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Circuito paralelo é aquele em que cada carga tem se u próprio

caminho para a passagem da corrente elétrica. Nele, a entrada e a saída de cada carga estão ligadas diretamente à fon te sem passar

por nenhuma outra.

O circuito paralelo permite comandar todas as cargas ao mesmo tempo,

apenas algumas ou cada uma separadamente. Um defeito em um dos componentes não impede que os outros continuem funcionando.

Circuito Misto

Um terceiro modo de ligar as cargas no circuito é através de aplicação das

duas formas anteriores, ou seja, parte em série e parte em paralelo. Dessa maneira, a corrente elétrica tem mais de um caminho a percorrer, porém, em alguns desses caminhos, terá que passar por mais de uma carga para retornar à fonte. Esse tipo de circuito é chamado de circuito misto.

Circuito misto é o que apresenta as características dos circuitos

série e paralelo. Possui uma parte ligada em série e outra em paralelo.

Apenas algumas cargas podem ser comandadas separadamente e um

defeito em um dos componentes poderá prejudicar o funcionamento de uma parte do circuito ou de todo o circuito.

4 - MAGNETISMO


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Existe na natureza certos tipos de materiais que apresentam uma

característica especial como por exemplo a magnetita. Este material é capaz de atrair pedaços de ferro que estão na sua vizinhança, tal material recebeu o nome de IMÃ, o qual todos já conhecem ou já ouviram falar.

Esta potencialidade de atração é verificada com maior intensidade nas extremidades dos materiais que é o local por onde emanam as forças magnéticas, estas extremidades recebem os nomes se pólo norte e pólo sul magnéticos de um imã.

Os pólos magnéticos diferentes são atraídos e os pólos magnéticos iguais

são repelidos mutuamente.

Uma característica importante dos imãs é a indivisibilidade dos pólos.

Quando um imã é partido ao meio, são criados dois novos imãs. Conforme observamos na figura a seguir.


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Notamos também, que isto ocorre todas as vezes que efetuamos esta

operação. Como já foi visto, podemos obter quantos imãs naturais quisermos. Concluímos então que os pólos magnéticos não podem ser isolados, sendo que teremos pólo Norte e Sul mesmo se o imã for reduzido até a menor dimensão possível.

Campos Magnéticos

Para provarmos a existência de campos magnéticos saindo das

extremidades do imã , podemos colocar perto dos polos, limalhas de ferro, esferas, pedaços pequenos de ferro, etc. Verificamos que a uma determinada distância estes materiais são atraídos pelo campo magnético do imã e, quando vamos afastando gradualmente os elementos ferrosos das proximidades do imã nota-se que o imã não tem mais influência sobre os metais, provando desta forma que existe uma área delimitada em que oimã atua em materiais ferrosos. Essa área chama-se “CAMPO MAGNÉTICO”.

Então podemos dimensionar a área de atração de um imã, como mostra a figura a seguir :


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Uma das experiências mais usadas para provar o trajeto das linhas de força emanadas pelo imã, é colocar limalhas de ferro nas proximidades do imã e observar o que ocorre com as limalhas. É verificado que as linhas de força orientam as limalhas no sentido que fluem, mostrando mais uma vez a sua existência.


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Outra maneira de provar a existência das linhas de força, é através de uma

agulha imantada a qual é posta em um eixo tendo assim a máxima liberdade de girar.

A agulha tende a se orientar no sentido das linhas de força, assumindo a

posição relativa aos pólos, ou seja, a parte norte da agulha tende a procurar a parte sul do imã e vice-versa.

Como mostra a figura, as linhas de força de um imã seguem a seguinte rota:

Sai do pólo Norte externamente e penetram no pólo Sul, sendo que internamente o caminho percorrido é o contrário.

Permeabilidade dos Materias

Quando temos um imã natural, e junto dele um material ferroso notamos

que as linhas de força junto as extremidades do ferro se concentram, e na parte onde não há este elemento as linhas permanecem inalteradas. Então dizemos que determinados materiais possuem a propriedade de concentrar as linhas de força de um imã.


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Este comportamento é pelo fato que alguns materiais criam resistência ao fluxo de linhas magnéticas, sendo que esta resistência varia de material para material. Por isso dizemos que certos materiais possuem “Permeabilidade” ou são mais “Permeáveis que outros”, isto significa que opõem menos resistência que outro. Estes materiais são: • Ferro; • Ligas Ferrosas.

Outros materiais não apresentam esta propriedade ou seja não é um caminho viável para as linhas de força. Se estes materiais forem postos junto a um imã, notamos que:

“AS LINHAS NÃO SE MODIFICAM”

Os materiais que comportam desta maneira são:

• Cerâmica; • Madeira; • Material Plástico; • Latão; • Vidro, Etc...


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5 - ELETROMAGNETISMO

Os fenômenos magnéticos naturais podem ser reproduz idos

por meios artificiais, ou seja, se fizermos passar em um condutor uma corrente elétrica e em torno do fio colocarmos várias bússolas, notamos que as agulhas assumirão uma posi ção bem definida, devido à presença de um campo magnético e m torno do condutor.

Podemos provar isto colocando limalhas de ferro em uma placa de vidro ou

plástico e passarmos um fio no meio da mesma. Se ligarmos o fio a uma fonte de tensão...

Notaremos que ao ser percorrido pela corrente elétrica, o condutor cria um campo circular, como mostra a figura.


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O sentido das linhas de força em um condutor retilíneo pode ser dado pela regra de Maxwell, ou “Método do saca-rolha” que diz o seguinte: se a corrente convencional está entrando em um condutor as linhas ficam no seguinte sentido:

Quando a corrente convencional está saindo do condutor o sentido das linhas é:

Pode-se também determinar o sentido das linhas no condutor retilíneo utilizando outro método conhecido como: “Regra da Mão Esquerda”, que diz o seguinte:

“Segurando-se um condutor com a mão esquerda, com o polegar apontando no sentido da corrente real, os outros de dos indicarão

sentido das linhas de força do campo magnético”.

Campo magnético de uma ou mais espiras

Se dobrarmos um fio condutor em forma de espira e o alimentarmos com uma

corrente elétrica, o campo magnético criado, será mais forte no centro da espira, pois as linhas de forças irão se concentrar. Isto é provado colocando limalhas de ferro sobre uma placa de plástico e fazendo passar pela placa uma espira percorrida por uma corrente elétrica. Notamos que no centro da espira o campo magnético é mais intenso.


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Relembrando que o sentido das linhas de força “externas” de ímã magnético vão do pólo sul para o pólo norte. Podemos então determinar a polaridade da espira.

Quando colocamos mais de uma espira junto uma da outra, estamos

construindo um novo elemento para a eletricidade e eletrônica, é o Solenóide ou Bobina.

Em um solenóide, as linhas de força existentes quando ele é percorrido por

uma corrente elétrica é idêntica a de um ímã natural, como mostrado na figura abaixo.


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Podemos dizer que: o que ocorre com o ímã natural, pode ocorrer perfeitamente com um solenóide. A determinação dos pólos de um solenóide é dada pela regra da mão direita. A regra é a seguinte:

Segurando um solenóide com a mão direita de modo que a corrente convencional entre o pulso e saia pelos dedos, o polegar apontará o

pólo norte.

A vantagem do solenóide sobre o ímã natural é que v ocê

pode variar a intensidade de forças magnéticas e po de modificar os sentidos dos pólos modificando apenas o sentido de corrente.

Eletroímã

O eletroímã constitui uma particularidade que o sol enóide

proporciona, que é a de polarizar um pedaço de ferr o no mesmo sentido em que se encontra polarizado.

Com isto obtemos um ímã temporário, que tem a mesma propriedade de

atrair materiais ferrosos como o ímã natural.


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Como mostra a figura, se uma barra de ferro é posta perto de um solenóide, esta barra será polarizada no sentido tal que será atraída pelo solenóide. Este tipo de polarização é pelo método de “indução”, e ficará dentro do solenóide em uma posição de equilíbrio.

Intensidade de campo ou força magnética

Baseando-se que um campo magnético é um campo de

força, poderemos medi-lo e para isto, teremos que o bservar e retirar quais são as grandezas que entrevêem e cria m ou variam o campo magnético.

Variando o número de espiras, o comprimento, e a corrente, podemos observar que o solenóide (eletroímã), eleva o mesmo peso demonstrando que a intensidade do campo magnético é a mesma nos três casos.


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Notamos então que a força de campo magnético depende de:

• Número de espiras que formam o solenóide; • Da intensidade de corrente que passa no solenóide; • Material que constitui o núcleo; • Tamanho do núcleo.

Então dizemos que: “A intensidade de campo ou força magnética, é

proporcional ao valor da corrente, ao número de espiras e inversamente proporcional ao comprimento do solenóide”.


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6 - GERADORES

Com o aumento industrial e populacional, o homem te m

necessidade de aproveitar todos os recursos energét icos da natureza. O grande problema era como distribuir a e nergia elétrica produzida no local de consumo. Este proble ma foi resolvido com o desenvolvimento das instalações elé tricas e a facilidade de transportar a energia elétrica a gran des distâncias, com o uso de condutores.

Existem diversos meios para geração de eletricidade. O mais utilizado é a geração pelo magnetismo, devido à sua simplicidade e capacidade de grandes potenciais.

A eletricidade pode ser gerada pelos seguintes meios : • Atrito; • Pressão; • Magnetismo; • Reação química; • Transformação da energia térmica; • Transformação da energia luminosa.

Geração de eletricidade por magnetismo

Para gerar eletricidade através do magnetismo, precisamos dos seguintes

componentes : • Campo magnético; • Movimento; • Condutor elétrico.

O gerador produz energia elétrica movimentando um condutor dentro de um campo magnético. A energia mecânica necessária para esse movimento pode ser proveniente de várias fontes, tais como queda d’água, vapor, motor à explosão, etc.

O gerador elétrico é uma máquina que transforma ene rgia mecânica em energia elétrica.

A tensão elétrica é produzida no gerador através da combinação do

movimento, campo magnético e condutor elétrico. Caso tenhamos um campo magnético, um condutor e a tensão elétrica, também poderemos produzir o elemento faltante, que é o movimento. O motor elétrico é a máquina que produz o movimento através da combinação do campo magnético, condutor elétrico e tensão elétrica.

O motor elétrico é uma máquina que transforma energ ia elétrica em energia mecânica.


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F.e.m. Induzida em um gerador

Consideremos um campo magnético uniforme e um condutor retilíneo que é

posto em movimento em um campo magnético cortando as linhas de força "transversalmente".

Pelo fenômeno de indução eletromagnética nasce nos terminais do condutor uma "Força Eletromotriz Induzida".(F.e.m.i.). O sentido da F.e.m. induzida no condutor pode ser estabelecido com a "Regra da Mão Direita".

Regra da Mão Direita

Colocando a mão direita no sentido do condutor, com a palma virada para o pólo norte, e o polegar no sentido do movimento do condutor, os outros dedos indicarão o sentido da f.e.m. induzida.


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Princípio de funcionamento do Gerador

Consideremos uma espira imersa em um campo magnético uniforme, no

qual a fazemos girar sobre seu próprio eixo.

Neste caso o corte da linha de força ou do fluxo não é constante em cada

posição, mas depende da inclinação da espira com respeito a linha de força do campo.

Para melhor entendermos, iremos utilizar só um lado da espira, em suas diversas posições as quais assumem quando realizam o movimento de rotação dentro do campo magnético.

Podemos revelar que o valor de f.e.m. induzida assume uma conformação senoidal, passando de um zero a um máximo depois retorna a zero atingindo depois um máximo negativo.

Uma aplicação importante deste caso agora considerado, é que existem

geradores eletromagnéticos os quais tem condutores que rodam em um campo magnético cortando as linhas de força ali existentes.

Qualquer condutor imerso em um campo magnético está sujeito a uma força

eletromotriz, a qual é calculada pela fórmula da 1º Lei de Faraday.


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Natureza da corrente elétrica

A tensão elétrica possui padrões diferentes de comportamento em relação

ao tempo, de acordo com a forma como foi gerada, podemos dividi-la em dois grupos :

Senoidal Tensão alternada Triangular Quadrada Etc. Pulsante Tensão Contínua Pura

Corrente Alternada

A corrente alternada (CA) é a mais usada, devido à sua facilidade de ser

transmitida, distribuída e alterada. Sua característica principal, como seu nome sugere, é a de possuir polaridade e valores variáveis.

Para uma tensão ser alternada é necessário que siga um padrão de variação. O seu valor deve começar do zero, em um determinado momento, atingir seu valor máximo positivo, voltar ao valor zero, atingir seu valor máximo negativo e voltar ao seu valor zero, ao completar essa etapa dizemos foi realizado um período da tensão alternada. O sentido da corrente alternada é variável, percorrendo um condutor em um sentido e no momento seguinte inverte seu sentido de circulação.

A tensão alternada senoidal é a mais fácil de ser gerada das tensões alternadas. O seu valor descreve uma variação seguindo a função seno, de movimentos circulares uniformes.

Elementos da Corrente Alternada Amplitude: Denomina-se amplitude de uma onda senoidal, o valor máximo que uma senóide pode alcançar, tanto no sentido positivo como no negativo.

Período: Denomina-se período de uma onda senoidal, o tempo gasto para que a onda saia de um valor (zero) e passando por um valor


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máximo positivo, retornando a zero e em seguida por um valor máximo positivo, retornando a zero e em seguida por um valor máximo negativo e finalmente retornando a zero.

Ciclo: Denomina-se ciclo de uma corrente alternada senoidal, o trajeto realizado pela forma de onda.

Freqüência: Denomina-se freqüência de uma corrente alternada, o número de vezes que essa corrente assume valores positivos e negativos na unidade de tempo.

Corrente Contínua

Define-se corrente contínua (c.c.), aquela corrente elétrica que flui sempre

em um sentido, nunca se invertendo, desde que o circuito em que flui seja mantido fechado. Existem dois tipos de corrente contínua : • Corrente Contínua pura • Corrente Contínua pulsante

Corrente Contínua Pura

É a corrente que mantém o mesmo valor ou seja, ela é constante em

qualquer instante da sua trajetória.

Corrente Contínua Pulsante

É a corrente que flui em um só sentido, mas que altera o seu valor de um instante para o outro em todo seu trajeto.


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Fonte de Obtenção de Corrente Contínua

Instalação Hidrelétrica

As centrais hidrelétricas utilizam a energia gravitacional, contida na água dos

diques ou represas dos rios.


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Instalação Termelétrica

As usinas termelétricas, possuem como fonte de calor os combustíveis

sólidos, gasoso, vapores naturais ( aqueles retirados do fundo da crosta terrestre) e de reações nucleares.


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Instalação Termonuclear

As centrais termonucleares utilizam o calor despren dido em

uma reação nuclear, para produzir energia mecânica e esta, energia elétrica.


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7 - MOTORES

Força Eletro-Magnética em um condutor

Consideremos um condutor retilíneo em movimento, que seja percorrido por uma corrente, imerso em um campo magnético uniforme.

Nestas condições o condutor é sujeito a uma força mecânica chamada

"Força Eletromecânica", que tende a colocar o condutor em movimento no espaço.

O sentido da força que tende a movimentar o condutor se determina com a

"Regra da Mão Esquerda ".

Colocando a mão esquerda ao longo do condutor com a palma virada para o norte magnético do campo e com as pontas dos outros dedos no sentido da corrente, o polegar aberto indicará o movimento do condutor.

Princípio dos Motores


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Consideremos simplesmente para análise, uma espira imersa em um campo

magnético uniforme, fixa oportunamente em um ponto e liberada para rodar.

As duas Extremidades da espira são percorridas pela mesma corrente mas em sentidos opostos. Essas correntes geram duas forças de sentidos opostos nas

extremidades da espira. Essas duas forças juntas formam um "binário de forças" que faz com que a espira assuma uma posição perpendicular as linhas

de força do campo.

Dizemos que uma espira colocada em um campo magnético e percorrida por

uma corrente, tende a rodar para se colocar de modo a ser atravessada por uma grande intensidade de fluxo. Uma aplicação importante do caso acima citado, é o dos motores a corrente contínua, os quais são feitos de uma parte fixa (indutor) colocada sobre os pólos magnéticos fixos e uma outra parte que é móvel (induzido) constituída de vários condutores percorridos por uma corrente elétrica e livre para rodar em torno de seu eixo.

Os motores são feitos de maneira que a força que o faz rodar não termina depois de um quarto de giro, mas sim mantém o giro constante.


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Uma outra aplicação importante dos fenômenos descritos, nós temos nos instrumentos de medida do tipo magneto-elétrico. Uma pequena bobina percorrida por uma corrente que será medida, se encontra dentro de um campo magnético.

Com a passagem de

corrente na bobina, ela sofre uma deflexão, varrendo um ângulo que é proporcional a intensidade de corrente que a percorre.

Generalidades

O contínuo progresso técnico, coloca em evidência a necessidade de dispor de máquinas capazes de produz ir movimentos rotativos. O motor elétrico é uma destas máquinas.

Vantagens Os motores elétricos apresentam as seguintes vantag ens

sobre os demais motores: • Rendimento elevado; • Manutenção simples; • Funcionamento silencioso; • Não polui o ar; • Adaptável para comandos a distância; • Em igualdade de potência custa menos e ocupa menor espaço; • Capacidade de resistir a altas sobrecargas.


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Classificação

Em base às características dos circuitos e as neces sidades,

se pode escolher o tipo de motor elétrico mais adeq uado. Os motores elétricos podem ser assim classificados:

Esta classificação não é completa, mas serve para fornecer uma indicação

em linhas gerais dos motores mais usados.


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Eletrotécnica

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