3 º ANOENSINO MÉDIOFÍSICA PROF. JEAN CAVALCANTE

PROF. NELSON BEZERRA

Unidade IVSer humano e saúde

CONTEÚDOS E HABILIDADES

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Aula 17Conteúdos

• Corrente contínua e alternada, força eletromotriz induzida e fluxo magnético - Parte I

• Corrente contínua e alternada, força eletromotriz induzida e fluxo magnético - Parte II

CONTEÚDOS E HABILIDADES

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Habilidade • Interpretar texto científico, relacionando as

características dos dois tipos de corrente: Contínua e alternada.

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Corrente contínua e corrente alternadaRecebem o nome de corrente contínua (C.C. ou D.C. no equivalente em inglês) e corrente alternada (C.A. ou A.C. no equivalente em inglês) dois sistemas diferentes de coordenar o fluxo de elétrons dentro de um circuito elétrico.Uma corrente é considerada contínua quando o fluxo dos elétrons passa pelo fio do circuito sempre em um mesmo sentido, ou seja, é sempre positiva ou sempre negativa, circulando no sentido do polo positivo para o

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polo negativo, se considerarmos o sentido convencional da corrente, ou circula do polo negativo para o polo positivo, se considerarmos o sentido da corrente dos elétrons.

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Podemos representar a corrente contínua por meio do gráfico abaixo:

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A maior parte dos circuitos eletrônicos trabalha com corrente contínua, sendo as pilhas e as baterias os melhores exemplos de onde encontrar este tipo de corrente.A corrente alternada é caracterizada por um fluxo alternado no sentido dos elétrons. Neste contexto, eles estão mudando de direção a todo

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momento, estima-se que 120 vezes por segundo.Tal variação permite aos transformadores de uma linha de transmissão receberem a energia elétrica produzida, permitindo que esta percorra uma maior distância.

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Podemos representar a corrente alternada por meio do gráfico abaixo:

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O problema com o sistema de corrente contínua é que nele não há alternância, não sendo aceito pelos transformadores e assim não consegue ganhar maior voltagem. Desse modo, a energia elétrica não pode seguir muito longe.

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Por essa razão, a corrente contínua é usada em pilhas e baterias ou para percorrer circuitos internos de aparelhos elétricos, como o de um computador. Tal corrente não serve, porém, para transportar energia entre uma usina e uma cidade. Caso o ser humano tivesse insistido em transmitir energia a longas distâncias por meio da corrente contínua, seria necessário a construção de usinas produtoras de energia elétrica a cada dois quilômetros ou três.

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O final do século XIX presenciou um episódio curioso em meio à descoberta da energia elétrica e suas propriedades, que foi a chamada “Guerra das Correntes”. Gradualmente, o EUA começava a utilizar a eletricidade para substituir a energia do vapor nas fábricas e o gás na iluminação das casas.

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Em breve surgiria a dúvida se o melhor sistema a usar era a corrente contínua, desenvolvida por Thomas Edison ou a corrente alternada de Nikola Tesla, bancada pelo empresário George Westinghouse.

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Em meio à disputa seguiram-se desdobramentos surpreendentes, onde Edison, para provar o “risco” da corrente alternada eletrocutava animais em exposições públicas, e chegou ainda a criar a cadeira elétrica utilizando um gerador de Westinghouse, como modo de embaraçar o concorrente e mostrar os perigos da corrente alternada.No fim, o sistema de Tesla e Westinghouse prevaleceu para a transmissão de eletricidade a grandes distâncias, e a corrente contínua permaneceu eficaz no campo da eletroeletrônica.

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1. Quando uma corrente elétrica é considerada contínua?2. Quando uma corrente elétrica é considerada alternada?3. Escreva, abaixo dos gráficos seguintes, qual representa

a corrente contínua e qual representa a corrente alternada.

a) b)

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4. Quem foi o cientista que descobriu a corrente contínua e quem foi o cientista que descobriu a corrente alternada?

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A principal diferença entre corrente alternada e contínua reside no fato de que a corrente contínua (CC) não altera o seu sentido de circulação dentro do circuito elétrico.Por outro lado, temos que a corrente alternada (CA) consegue alterar seu sentido. Essa é a diferença básica entre elas.

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IntroduçãoOs sistemas fotovoltaicos utilizam a luz do sol para gerar energia elétrica, um fato que você já deve conhecer.Durante esse processo de geração, a energia gerada é em corrente contínua, mas logo em seguida vai sendo transformada em corrente alternada.

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Essa tecnologia ganha espaço em nosso país e, através de linhas de financiamento que facilitam a sua aquisição, cada vez mais brasileiros estão instalando os sistemas e gerando a sua própria energia para economizar na conta de luz.

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Antes de iniciarmos a explicação sobre o papel que cada tipo de corrente tem dentro da energia solar fotovoltaica, vamos entender quais são os tipos (corrente alternada e contínua) envolvidas nesse processo de geração de energia elétrica.

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A Corrente Contínua (CC)A corrente contínua, abreviada pela sigla “CC” ou do termo em inglês Direct Current (DC), é todo tipo de corrente que, quando percorrida em um circuito, não altera seu sentido de circulação. Portanto, todo circuito CC possui polaridade positiva (+) e negativa (-).No gráfico abaixo, de corrente (A) por tempo (t), temos duas ondas constantes, uma positiva e outra negativa, que representam exemplos de corrente contínua.

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Veja também que, não importa se a corrente varia de intensidade ou qual tipo de onda ela assume (pulsante). Para saber se ela é contínua, apenas levamos em conta se ela mudou ou não de sentido, ou seja, passou de positivo para negativo e vice-versa.

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Mesmo que a corrente mude de intensidade, se não houver mudança de sentido ela é considerada uma CC.

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Nas instalações elétricas que envolvem circuitos em corrente contínua, costumamos utilizar cabos vermelhos para indicar a polaridade positiva (+) do fluxo de corrente e cabos pretos para indicar a polaridade negativa (-).

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Isso porque a inversão da polaridade do circuito e consequente inversão no sentido do fluxo de corrente pode acarretar diversos danos às cargas conectadas ao circuito de corrente contínua.No universo da energia solar e dos sistemas solares fotovoltaicos, existe uma transição entre a corrente alternada e contínua.

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A Corrente Alternada (CA)A corrente alternada possui essa nomenclatura, pois como o próprio nome já diz, altera o seu sentido de circulação dentro do circuito, periodicamente.

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Os tipos mais comuns de corrente alternada são as ondas senoidais e quadradas, que variam suas intensidades de um máximo positivo (+) a um máximo negativo (-) dentro de um intervalo de tempo, como exemplificado na figura.

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Exemplo de CA quadrada (esquerda) e CA senoidal (direita)Dessa forma, uma das variáveis mais importantes que caracterizam uma onda senoidal é a frequência.Representada pela letra f e medida em Hertz (Hz), em homenagem ao pesquisador Heinrich Rudolf Hertz, é a responsável por mensurar quantas vezes essa onda senoidal alternou, ou seja, inverteu sua intensidade de um valor +A para um valor -A dentro de um intervalo de tempo.

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Convencionalmente, tratamos esse intervalo de tempo por 1 segundo. Então, a quantidade de vezes que essa onda alterna seu ciclo de ‘positivo para negativo’ durante 1 segundo, será o valor de sua frequência.Portanto, quanto mais tempo a onda alternada leva para completar um período ou um ciclo, menor é a sua frequência.

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Em contrapartida, quanto maior a frequência de uma onda, menos tempo ela leva para completar um ciclo.No Brasil, a frequência adotada para os circuitos de corrente alternada é 60 Hz. Ou seja, em 1 segundo a onda completa 60 ciclos, com período de 16,67 milissegundos, cada.

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Representação de uma corrente alternada de 60 Hz e sua oscilaçãoO caminho da Corrente Alternada e Contínua no Sistema FotovoltaicoNa energia solar fotovoltaica, o inversor interativo é o responsável por transformar a energia que chega dos módulos em corrente contínua, para corrente alternada.Quanto melhor a qualidade do equipamento, mais próximo a uma onda senoidal será essa transformação.

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Agora, se a qualidade do inversor for duvidosa, o equipamento passará a fornecer energia elétrica ao circuito em ondas quadradas, reduzindo a eficiência da geração fotovoltaica e, por sua vez, poluindo a rede de distribuição da concessionária quando houver inserção de energia ativa excedente através do sistema fotovoltaico.

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Por isso, é muito importante optar pela utilização de equipamentos de alta qualidade para seu sistema solar fotovoltaico.Representação Gráfica da Corrente Alternada e Contínua no funcionamento de um Sistema Solar Fotovoltaico.

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Representação de um sistema fotovoltaico conectado à rede (On-Grid)Tomando como base a figura acima – que representa todo o processo de geração fotovoltaica – do ponto A ao ponto B, todo o transporte de energia elétrica se dá em corrente contínua (CC) e do ponto B ao ponto D ocorre o fornecimento e consumo de energia elétrica em corrente alternada (CA).

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Quais são as Aplicações Comuns em Corrente Contínua?A energia em corrente contínua é mais comumente produzida por fontes como células solares, baterias e termopares. Já com relação à aplicação, a energia CC é amplamente utilizada em aplicações de baixa tensão, como carregamento de baterias, controle de acionamentos na indústria, aplicações automotivas, aplicações de aeronaves e outras aplicações de baixa tensão e baixa corrente. Com relação à geração, todos os painéis solares hoje em dia produzem energia CC.

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Aplicações comuns com energia em corrente contínua no setor fotovoltaico são sistemas solares portáteis e outros dispositivos instalados fora da rede de energia que conhecemos atualmente. Podemos encontrar também aplicações que não utilizam um inversor para converter CC em CA mantendo assim os custos baixos para tais sistemas.

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Vantagens e Desvantagens da Corrente ContínuaAtualmente, a corrente alternada é usada principalmente na geração e distribuição de energia elétrica por possuir vantagens significativas sobre a corrente contínua tanto na transmissão quanto na transformação. Por outro lado, uma das maiores vantagens da energia CC é sua capacidade de ser usada em aplicações especiais.

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Assim, adota-se uma regra básica onde sempre que a transmissão de energia CA não for praticamente viável ou possível em longas distâncias, utilizar a CC. Uma dessas aplicações são as linhas de transmissão CC de alta tensão submersas. Neste tipo, a eletricidade é produzida em forma de CA, convertida em CC em uma estação de comutação/terminal, transmitida por uma rede de cabos submarinos, reconvertida para CA por outra estação terminal e finalmente entregue aos clientes e consumidores.

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Corrente Alternada x Corrente ContínuaPor mais útil e fácil de entender que a CC seja, ela não é o único “tipo” de eletricidade em uso. A própria energia que chega em nossa residência chega pelo poste em corrente alternada (CA). Certas fontes de eletricidade (mais notavelmente geradores eletromecânicos rotativos) naturalmente produzem tensões alternada em polaridade, invertendo em um certo intervalo de tempo os ciclos positivo e negativo. Assim, na CA, tanto a tensão quanto a corrente se movimentam para frente e para trás invertendo constantemente os polos positivos e negativos.

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Motores de Corrente Alternada (CA)Os benefícios da corrente alternada sobre a corrente contínua, no que diz respeito ao projeto do gerador, também são refletidos nos motores elétricos. Enquanto os motores CC requerem o uso de escovas para fazer contato elétrico com bobinas móveis de fios, os motores CA não precisam disso. De fato, os projetos de motores CA e CC são muito semelhantes aos seus homólogos geradores (idênticos para este artigo), sendo o motor CA dependente do campo magnético de reversão produzido pela corrente

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alternada através de suas bobinas de fio estacionárias para girar o ímã rotativo ao redor de seu eixo, e o motor de CC sendo dependente dos contatos da escova fazendo e interrompendo as conexões para reverter a corrente através da bobina rotativa a cada 1/2 rotação (180 graus).

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1. Responda V para verdadeiro e F para falso, nas alternativas abaixo:

a) Nas instalações elétricas que envolvem circuitos em corrente contínua, os cabos vermelhos para indicar a polaridade positiva (+) e cabos pretos para a polaridade negativa (-). ( )

b) A corrente alternada possui a nomenclatura e altera o seu sentido de circulação dentro do circuito, periodicamente. ( )

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c) No Brasil, a frequência adotada para os circuitos de corrente alternada é 40 Hz. Ou seja, em 1 segundo a onda completa 40 ciclos, com período de 16,67 milissegundos cada. ( )

d) Por mais útil e fácil de entender que a CC seja, ela não é o único “tipo” de eletricidade em uso. A própria energia que chega em nossa residência chega pelo poste em corrente alternada (CA). ( )

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