TCNICO
EM
ELETRNICA
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Disciplina: ELETRNICA GERAL Professor (a): MARIA JOS CARDOSO
Nomedo aluno (a):
RGM:
1 Mdulo
1 Semestre de 2013
CENTRO EDUCACIONAL TCNICO SUZANENSE Telefone: 4747-1500 WWW.CETES.COM.BR
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Sumrio
Energia ..........................................................................................................................4
Formas de Energia........................................................................................................5
Matria...........................................................................................................................6
Lei da Conservao da Energia....................................................................................6
Estrutura Molecular da Matria.....................................................................................7
Conceitos da Eletrosttica e da Eletrodinmica............................................................7
Cargas Eltricas............................................................................................................8
Lei de Coulomb.............................................................................................................9
Lei de Joule.................................................................................................................10
Matrias Condutores Eltricos....................................................................................12
Matrias Isolantes Eltricos........................................................................................12
Grandezas Eltricas: Tenso, Corrente e Resistncia Eltrica..................................13
Primeira Lei de Ohm....................................................................................................15
Potncia Eltrica e Trabalho Eltrico...........................................................................19
Leis de Kirchhoff..........................................................................................................24
Introduo a Semicondutores......................................................................................25
Materiais Semicondutores, Caractersticas, Aplicaes..............................................25
Juno PN, caractersticas, polarizao......................................................................27
Diodo semicondutor, LED, Diodo Zener......................................................................27
Circuitos retificadores..................................................................................................34
Onda Senoidal,Tenso de pico e Tenso de Pico a Pico...........................................34
Introduo Transformador eltrico...............................................................................35
Circuito retificador monofsico de meia onda..............................................................36
Circuito retificador monofsico de onda completa com centertap..............................38
Circuito retificador monofsico de onda completa em ponte.......................................40
Filtros Capacitivos para Retificadores..........................................................................42
Transistor .....................................................................................................................43
Polarizao Transistor .................................................................................................45
3
CI(s) Reguladores de Tenso, Famlia 78XX e 79XX................................................46
Referncias Bibliogrficas..........................................................................................50
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Energia
Energia a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho.
A energia poder estar presente num determinado corpo, em repouso ou em
movimento. Quando ele se encontra em repouso, a energia nele armazenada se
chama ENERGIA POTENCIAL.
Como exemplo podemos citar:
A gua de uma represa, Uma mola comprimida, etc.
A energia que surge em consequncia do movimento de um corpo se chama
ENERGIA CINTICA.
Exemplos:
A gua de uma represa, ao passar pelas tubulaes de uma casa de
mquinas numa usina hidreltrica, faz com que o gerador funcione;
um automvel, em velocidade, poder utilizar-se da energia cintica para subir
uma ladeira;
um martelo movendo-se rapidamente pode exercer uma fora sobre um prego
e faz-lo penetrar numa tbua.
A energia toma as mais variadas formas. As mais comuns so:
Energia Mecnica,
Energia Trmica,
Energia Qumica,
Energia Eltrica, etc.
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A energia mecnica se manifesta pela produo de um trabalho mecnico, no
deslocamento ou deformao de um corpo.
Exemplo: Ao se empurrar uma cadeira; Ao se dobrar uma chapa de metal, etc.
A energia trmica ou calor, se manifesta nos corpos atravs da elevao de
temperatura.
Exemplo: A chama de um fsforo, uma caldeira, uma fogueira, etc.
A energia qumica se manifesta desde que certos corpos que a possuem so
postos em contato.
Exemplo: Numa pilha, a reao qumica de seus componentes, produz a
eletricidade em seus plos.
Ao dissolver-mos o percloreto de ferro em gua, produzimos calor devido reao qumica dos dois, e ao colocar-mos uma placa de circuito impresso dentro dessa soluo, a mesma corri o cobre da placa devido energia qumica que possui.
Ao colocar-mos gua sobre cido concentrado a reao qumica muito
forte podendo causar srios acidentes.
A energia eltrica se manifesta em nossos sentidos por seus efeitos.
Magnticos Rotao de um motor
Trmicos -Aquecimento de um condutor
Luminosos- Incandescncia de uma lmpada
Fisiolgicos Choque eltrico
Lei da Conservao de Energia A energia nunca desaparece, transforma-se pois ela indestrutvel como a
matria.
Transformao da Energia Transformao da energia eltrica em mecnica : Usa-se um motor eltrico, o
qual recebe energia eltrica nas bobinas de seu enrolamento e a transforma em
mecnica que aparece em forma de rotao do seu eixo. Durante o funcionamento, o
motor sofre um pequeno aquecimento, o que ocasiona alguma perda de energia que
transformada em energia trmica, que no aproveitada, dissipando-se no ar.
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Teoria Eletrnica
Matria: tudo o que tem massa e ocupa lugar no espao.Ela existe em trs
estados: Slido, Lquido e Gasoso.
Ex.: gua, Cobre, Hidrognio, etc.
Existe ainda um 4 estado da matria que o PLASMA, encontrado apenas
em laboratrio e ambientes de temperaturas muito altas, como o sol por exemplo.
Estrutura Molecular da Matria
Corpo: uma quantidade limitada de matria que possui uma determinada forma.
Ex.: Bloco de cimento, Viga de madeira, Gota dgua, etc.
Corpos Simples: So os corpos constitudos de um s tipo de elemento.
Ex.: Ouro, Cobre, Hidrognio, etc.
Corpos Compostos: So os corpos formados pela combinao de dois ou
mais corpos simples.
Ex.: Cloreto de sdio (sal de cozinha) que formado pela combinao de Cloro
e Sdio (NaCl). A gua que formada por duas partes de Hidrognio e uma parte de
Oxignio (H2O). Os corpos podem ser divididos em partes cada vez menores,
podendo, por processos especiais, chegar a partes to pequenas que seria impossvel
v-las olho nu.
Molcula: a menor partcula que se pode dividir um corpo sem que o corpo
resultante perca as caractersticas do corpo que a originou.
Na figura ao lado podemos observar uma
molcula de bixido de carbono, que
formada pela combinao de dois tomos de
oxignio e um tomo de carbono
.
A gua formada por dois tomos de hidrognio e um tomo de oxignio H2O.
Se formos dividindo uma gota dgua em muitas partes, ela vai se tornando cada vez
menor at chegar molcula, isto , a menor partcula que se possa dividi-la
conservando as suas caractersticas.
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O sal de cozinha formado pela combinao de um tomo de Cloro e um
tomo de Sdio (NaCl). Cada um desses elementos separadamente, se constitui em
poderoso veneno para o ser humano, porm ao se combinarem torna-se algo
completamente diferente que alm de inofensivo necessrio sade humana.
tomo: a menor partcula fsica em que se pode dividir um
elemento.
O tomo formado por inmeras partculas, sendo que iremos
estudar somente as que interessam teoria da eletricidade.
O tomo formado por uma parte central, fixa, chamada ncleo
onde se encontra dois tipos de partculas chamadas Prtons e Neutrons.
Os prtons possuem carga eltrica Positiva e os neutrons so partculas eletricamente
neutras.
Em torno do ncleo dos tomos giram partculas em alta velocidade, chamadas
Eltrons. A regio abrangida pelos eltrons chama-se Eletrosfera.
O eltron possui carga eltrica Negativa.
Normalmente o nmero de eltrons e prtons em um tomo so iguais. Existe uma
grande variedade de elementos, cada um com o seu nmero de eltrons.
Exemplos:
Carbono - 06 eltrons com 2 rbitas
Silcio - 14 eltrons com 3 rbitas
Ferro - 26 eltrons com 4 rbitas
Cobre - 29 eltrons com 4 rbitas
Zinco - 30 eltrons com 4 rbitas
Prata - 47 eltrons com 5 rbitas
Ouro - 79 eltrons com 6 rbitas
Urnio - 92 eltrons com 7 rbitas
O que mantm os eltrons em suas rbitas so as foras centrfuga e
centrpeta (de atrao) que se equilibram.
O nmero de rbitas de eltrons que os elementos possuem depende dos mesmos.
Existe elemento que possui uma s rbita de eltrons como o caso do Hlio, com
dois eltrons numa s rbita e o Hidrognio que possui uma rbita e um eltron. O
Alumnio com 13 eltrons em 3 rbitas, o Cobre com 29 eltrons em 4 rbitas, etc. Os
eltrons das rbitas internas so chamados Eltrons Presos, dificilmente removveis.
Os eltrons das rbitas externas so chamados Eltrons Livres, pois tem uma certa
facilidade de se desprenderem de seus tomos.
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o movimento dos eltrons livres, de forma ordenada, que forma uma corrente
eltrica.
Eletricidade Esttica
Cargas Eltricas:
D-se o nome de eletricidade esttica s cargas eltricas em repouso. Um
corpo poder estar eletrizado positiva ou negativamente. Quando um corpo recebeu
um ou mais eltrons diz-se que ele possui carga eltrica negativa, se porm um corpo
ceder eltrons, ele ficar com falta de eltrons tornando-se carregado positivamente.
Lei de Dufay (Lei de atrao e repulso das cargas eltricas):
Cargas de nomes iguais se repelem e cargas de nomes contrrios se atraem.
Ao tocar-mos um corpo carregado positivamente em outro sem carga, alguns
eltrons do corpo neutro passaro para o corpo positivo devido atrao do mesmo.
O corpo que estava eletricamente neutro tornou-se carregado positivamente
porque cedeu eltrons; a isto chamamos: Transferncia de Cargas por Contato.
Descargas Estticas:
Sempre que dois corpos com cargas contrrias forem postos um prximo ao outro, o
excesso de eltrons de um deles ser atrado em direo daquele que est com falta
de eltrons.
Descarga atravs de um fio:
Se ligar-mos um fio entre esses dois corpos, oferecemos um caminho para que os
eltrons possam se deslocar no sentido do corpo positivo at que haja um equilbrio
eltrico entre eles.
Descarga por Arco:
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Se aproximar-mos dois corpos com cargas opostas bastante elevadas
os eltrons podero pular do corpo negativo para o positivo antes deles
se tocarem; ai diremos que a descarga deu-se por Arco Voltaico.
As grandes descargas eltricas so chamadas Raios e a
principal criadora desses a prpria natureza.
Nos dias quentes grande a evaporao da umidade. Nas
altitudes frias o vapor dgua forma gotas que caem devido ao
seu peso. Essas gotas caem sem atingir o solo porque
evaporam-se novamente ao encontrar com as correntes
ascendentes de ar quente. Pelo atrito que ai ocorre, so extrados das molculas da
gua os eltrons livres a elas aderentes. Esses eltrons acumulam-se nas nuvens que
assim ficam carregadas de eletricidade.
Quando as cargas eltricas atingem um valor muito elevado os eltrons saltam
em forma de centelha (relmpagos) para outras nuvens ou para a
terra.
Para que haja uma proteo contra os raios instala-se um Pra-raios
nos pontos mais altos de uma residncia, industria ou edifcio.
O pra-raios feito de uma haste metlica que termina em vrias
pontas revestidas de platina e um cabo metlico muito bem ligado terra.
As pequenas descargas eltricas so chamadas Fascas e aparecem sempre
que haja corpos em atrito. Os caminhes Tanque, que transportam combustveis,
possuem uma corrente pendurada na parte traseira, que ao passar nas valetas toca a
terra, proporcionando assim a descarga da eletricidade esttica acumulada no tanque,
devido ao atrito com o ar provocado pelo movimento do caminho.
Lei de Coulomb
A fora de atrao ou de repulso exercida entre duas massas eltricas
concentradas em dois pontos distintos depende do meio em que se verifica o
fenmeno e, para um dado meio, proporcional ao produto das duas massas e
inversamente proporcional ao quadrado da distncia que as separa.
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A fora F exercida entre duas massas eltricas q e q1 concentradas em
dois pontos, havendo entre elas uma distncia d , expressa por:
K = Coeficiente dependente do meio em que as massas eltricas esto imersas;
para o ar K=1
F = Fora exercida entre duas massas eltricas
d = Distncia entre as massas eltricas
q e q1 = Massas eltricas A unidade da massa eltrica o Coulomb.
Lei de Joule
Quando a corrente eltrica passa atravs de um condutor ou resistor, encontra
uma resistncia eltrica, ocorrendo ento o aquecimento do fio. Houve portanto, uma
transformao de energia eltrica em energia trmica.
A Lei de Joule nos diz: A energia trmica ou quantidade de calor desenvolvida
pela passagem da corrente eltrica por um condutor ou resistor diretamente
proporcional ao quadrado da corrente eltrica, a resistncia do resistor ou condutor e
ao tempo durante o qual se efetua a transformao de energia.
Isto :q = 0,24 x I x R x t
Onde:
q = Pequenas calorias (cal) ou caloria-grama
I = Corrente em Ampres
R = Resistncia em Ohms
t = Tempo em segundos
O nmero 0,24 uma constante que aparece na expresso porque a
quantidade de calor dada em Calorias (cal) e a energia eltrica que se transforma,
dada em Watt-Seg. Essa constante foi determinada pela passagem de 1 Ampre por
uma resistncia de 1 (ohm) no tempo de 1 seg., que elevou 1 grama de gua
temperatura de 0,24C. Esse fator 0,24 chamado Equivalente Trmico do Calor.
A Pequena Caloria a quantidade de calor necessria para elevar de 1C 1g
de gua.
Obs.: 1g de gua = 1cm3 de gua1 Kg de gua = 1L de gua = 1.000cmde gua
O nmero de calorias pode tambm ser calculado pela seguinte frmula:
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q = vol. x
Onde: q = calorias
Vol. = volume dgua em cm
= letra grega Tta que representa a quantidade de graus a ser elevada
A grande caloria representa a quantidade de calor necessria para elevar 1L de gua
1C da sua temperatura.
Q = L x
Onde: Q = grande caloria em Kcal (1Kcal = 1.000cal)
L = nmero de litros dgua ser aquecida
= letra grega Tta que representa a quantidade de graus a ser elevado
onde ainda:
Exerccios: 1) Quantos Kcal so necessrios para elevar 50 litros de gua 35C sendo sua temperatura normal de 20C ? 2) Qual ser o tempo necessrio para elevar 80L de gua 14,4C de sua temperatura se a corrente for de 10A com uma resistncia de 25 ?
A transformao da energia eltrica em trmica (efeito Joule) aparece sob duas
formas: Aproveitamento Joule e Perda Joule. O aproveitamento Joule se da nos
resistores (estufas, ferros de soldar, chuveiros, etc.), onde se deseja obter
aquecimento atravs da corrente eltrica. Nos condutores, a transformao da energia
eltrica em trmica um inconveniente, pois ela no desejada. A perda Joule
expressa em Watts por:
W = I2 . R
Onde R a resistncia do condutor e I a corrente que ele transporta.
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Para evitar que a perda Joule assuma valores considerveis, limita-se a
corrente que um condutor deve transportar. Ao valor mximo da corrente que um
condutor pode transportar, sem se aquecer demasiadamente, d-se o nome de
capacidade de conduo da corrente.
Materiais condutores eltricos
So materiais que, por possurem baixa resistncia eltrica, facilitam a
passagem da corrente eltrica e so usados para transport-la de um local para outro.
Esses materiais possuem grande quantidade de eltrons livres em suas rbitas,
facilmente removveis. Os metais so os melhores condutores de eletricidade; dentre
eles o cobre e o alumnio so os mais usados. O cobre tem tido maior aplicao
porque alm de ser um bom condutor, oferece boa resistncia mecnica e suas
emendas podem ser facilmente soldadas.
O alumnio um bom condutor, tem um peso baixo em relao ao cobre, porm tem
pouca resistncia mecnica e necessita solda especial.
O alumnio muito usado nas linhas de alta tenso, em forma de cabo com o fio
central de ao para aumentar a resistncia mecnica, sendo suas emendas feitas
por meio de terminais prensados, dispensando assim a soldagem.
Materiais Isolantes
So materiais que oferecem grande oposio passagem da corrente eltrica no
permitindo que seus eltrons se libertem de seus tomos. Esses materiais, por terem
uma resistncia eltrica muito alta, so usados para bloquear a passagem da corrente
eltrica. Os mais usados so: Loua, vidro, borracha, plstico, ebonite, celeron, mica,
baquelite, fibras, etc.
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Grandezas Eltricas
Eletricidade Dinmica A eletricidade dinmica se refere aos eltrons em movimento de um tomo
para outro. Diferena de Potencial:
Para que haja movimento de eltrons em um circuito necessrio que alguma fora ou presso aparea para fazer com que esses eltrons se movimentem. A esta presso damos o nome de Diferena de Potencial (DDP), Voltagem, Tenso ou Fora Eletromotriz (FEM), que nos dada em Volts. Num circuito onde se tem eletricidade dinmica, o nmero de Volts aplicado que faz com que os eltrons se movimentem, formando assim a Corrente Eltrica. O aparelho utilizado para medir a DDP ou Tenso
chama-se Voltmetro e deve ser ligado em paralelo com a rede ou componente que se
deseja medir. Nos clculos a tenso representada pela letra E.
Intensidade de Corrente: A intensidade de corrente se refere a quantidade de eletricidade que estiver passando num ponto qualquer de um circuito eltrico. Toda vez que passar uma corrente de eltrons em um circuito eltrico, ela poder ser medida. Quando num ponto qualquer
de um circuito eltrico passar 6,28 x 1018 eltrons, diz-se que passou 1 Coulomb, medida essa utilizada para medir cargas eltricas. Porm, se passar num mesmo ponto do circuito, 1 Coulomb de eltrons no tempo de 1 segundo, a Corrente ser de
1 Ampre. Portanto: 1 A = 1 Coulomb/Seg.
O aparelho utilizado para medir a Intensidade de Corrente, em Ampres, de um circuito o Ampermetro. O ampermetro ligado ao circuito, em srie com a carga que se deseja medir, pois ele registrar a quantidade de eltrons que estiver passando naquela parte do circuito.
Nos clculos, a intensidade de corrente representada pela letra I.
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Resistncia Eltrica: Resistncia Eltrica a oposio que um condutor oferece passagem da corrente eltrica. A resistncia eltrica nos dada de acordo com o prprio material, conforme a facilidade ou no, da movimentao dos seus eltrons.
A unidade usada para a medio da resistncia eltrica o OHM que representado pela letra grega mega (). O aparelho usado para a medio da resistncia eltrica o Ohmmetro. Para se efetuar a ligao do Ohmmetro deve-se tomar a precauo de desligar a corrente eltrica do circuito em questo. Isto porque o Ohmmetro possui bateria prpria para o seu funcionamento.
Nos clculos, a resistncia representada pela letra R.
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Primeira Lei de Ohm
A 1 Lei de Ohm a lei bsica para os clculos dos valores da corrente eltrica. Seu
enunciado : A corrente de um circuito diretamente proporcional tenso e
inversamente proporcional resistncia. Dela podemos tirar a seguinte frmula:
Exemplos:
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Caractersticas do Circuito Srie:
a) Num circuito eltrico ligado em srie a resistncia total (equivalente) igual a soma de todos os resistores do circuito.
Req = R1 + R2 + R3 +...+ RN
b) A intensidade de corrente num circuito srie igual em todas as partes do circuito.
I = I1 = I2 = I3 = ... = IN
c) A tenso total aplicada ao circuito srie igual a soma das quedas de potencial de cada parte do circuito. E = E1 + E2 + E3 +...+ EN
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Aplicao da Lei de Ohm ao circuito Srie :
Calcular a Tenso aplicada ao circuito abaixo:
Req= R1 + R2 + R3 Req= 12 + 18 + 6 Req= 36
E = R x I E = Reqx I E = 36 x 6 E = 216 V
Calcular a corrente do circuito abaixo:
Calcular E1, E2, E3 e E no circuito abaixo:
E1 = I x R1 E1 = 0,5 x 40 E1 = 20 V
E2 = I x R2 E2 = 0,5 x 56 E2 = 28 V
E3 = I x R3 E3 = 0,5 x 74 E3 = 37 V
E = E1 + E2 + E3 E = 20 + 28 + 37 E = 85 V
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Caractersticas do Circuito Paralelo:
A intensidade de corrente nos circuitos paralelos igual a soma das intensidades de
cada parte do circuito:
I = I1 + I2 + I3
A tenso no circuito paralelo a mesma em todos os pontos do circuito:
E = E1 = E2 = E3
Aplicao da Lei de Ohm aos circuitos Paralelos :
Calcular R1, R2 e Reqno circuito abaixo:
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Calcular I1, I2, I3, I e Reqno circuito abaixo:
Potncia Eltrica
Qualquer aparelho eltrico caracterizado pela sua potncia. Potncia a
quantidade de trabalho efetuada na unidade de tempo. Durante as 24 horas do dia ns
temos tenso eltrica nos circuitos de nossos lares, oficinas, fbricas, etc. , porm no
sempre que usamos a energia. A iluminao por exemplo, quase s usada a noite.
Somente quando ligamos as luzes ou qualquer outro aparelho eltrico que obtemos
um trabalho em forma de luz, calor, etc. a esse trabalho que nos referimos e que
representa a potncia eltrica. A unidade da potncia eltrica o Watt, e
representado nos clculos pela letra W. Quando queremos medir grandes potncias
usamos um mltiplo do Watt, o Quilowatt, que vale 1.000W e representado por KW.
O instrumento empregado nas medidas de
potncia o Wattmetro, que mede ao mesmo
tempo a tenso e a corrente, sendo que o
ponteiro marca o produto desses dois fatores.
Por esse motivo o Wattmetro deve ser,
simultaneamente, ligado em paralelo (a parte
que mede tenso) e em srie (a parte que
mede a corrente).
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Para se calcular a potncia usa-se um tringulo semelhante ao da Lei de Ohm:
De acordo com o tringulo de potncia P = E x I No exerccio abaixo ns no temos I,
portanto primeiro teremos que encontrar I em cada ramo do circuito para depois
calcular a potncia.
Calcular: I, P1, P2, P3 e P no circuito abaixo.
A soma das potncias parciais igual a potncia total do circuito.
*Ao projetar-mosumainstalao eltrica residencial devemos calcular a seco dos condutores
que devero transportar a corrente eltrica desde o quadro de distribuio at as fontes
receptoras. Para efeito de projeto residencial, devemos adotar o valor de 100W para cada
ponto de luz e tomada quando no for especificado o aparelho que ser utilizado na mesma.
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Energia Eltrica
Vimos anteriormente que energia a capacidade que um corpo tem de realizar
trabalho. A energia eltrica tambm realiza trabalho, sendo este apresentado em forma de luz
(lmpadas), calor (chuveiro, resistores, etc.), movimento (motor), etc.
Dois aparelhos semelhantes, mas de Potncias diferentes, podem consumir a mesma
quantidade de energia, isto , realizar o mesmo trabalho, porm o mais potente o faz em
menos tempo. Portanto, a potncia de um aparelho a energia por ele consumida na unidade
de tempo, ou seja:
Para determinar-mos a energia(T), realizamos uma simples transposio de termos na expresso ao lado e obtemos: T = W x t
Como vemos, a energia pode ser medida, pois ela uma grandeza. A potncia eltrica
medida em Watts e o tempo em segundos, portanto a unidade de medida da energia
eltrica o Watt-segundo (Ws).
Na prtica esta unidade no usada por ser muito pequena, preferindo-se usar
o Watt-hora, em que a unidade de tempo a hora. Normalmente a energia eltrica
medida em quilowatt-hora (kWh) que vale 1.000 Wh. O consumo de energia eltrica
medido em instrumento denominado Medidor de Energia Eltrica ou
Quilowattormetro, que inserido na entrada da instalao. A leitura do aparelho
feita em kWh e a companhia fornecedora de energia eltrica faz a cobrana baseando-
se na leitura peridica desse instrumento. Da mesma forma que o Wattmetro, o
Quilowattormetro possui um elemento ligado em srie e outro em paralelo com a
rede. Normalmente esses aparelhos so instalados pela companhia fornecedora de
energia eltrica, sendo que ao se fazer a entrada de energia de uma residncia, salo
comercial ou industria, devemos consultar a companhia, para saber-mos os padres
atuais do equipamento e o dimensionamento dos mesmos. Os medidores de energia
eltrica so lacrados pela companhia fornecedora, no permitindo dessa forma que o
usurio tenha acesso ao medidor.
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Para Cargas Puramente Resistivas
P = R . I2 ouP = U2
R
Dizemos Potncia Dissipada
Combinaes de frmulas---------------------
Dado oscircuitos eltricos, determinar os valores das grandezas eltricas
1)
Calcule: Req, It, Vr1,Vr2,Vr3, Pr1, Pr2, Pr3,Pt
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
2)
Calcule: Req, It,I1, I2, I3, Vr1,Vr2,Vr3, Pr1, Pr2, Pr3,Pt
23
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
3)
Calcule: Req, It = I1, I2, I3, Vr1,Vr2,Vr3,Vr4, Pr1, Pr2, Pr3,Pr4,Pt
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Calcule: Req, It,I3,I4,Pt,, Pr1, Pr2, Pr3,Pr4,Pr5,Pr6
Vr1,Vr2,Vr3,Vr4,Vr5,Vr6
____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________
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Leis de Kirchhoff
1 Lei de Kirchhoff: A primeira lei de Kirchhoff refere-se corrente, e diz: A corrente que entra numa juno exatamente igual a corrente que sai dessa juno. Como ilustrao vamos ver o circuito abaixo:
Atravs desta lei podemos determinar o valor de uma corrente que desconhecemos.
Exemplo
Se esquerda do circuito est entrando 15A, logo direita do mesmo est saindo 15A. Se em I2a corrente 8A e
em I4 s 6A, isto quer dizer
que a corrente I5 de 2A.
2 Lei de Kirchhoff: A segunda lei de Kirchhoff refere-se tenso, e diz:
Num circuito fechado, a soma das quedas de potencial igual a tenso aplicada ao
circuito.
Como ilustrao vamos ver o circuito abaixo:
E = E1 + E2 = 40 + 80 = 120V
E = E3 + E4 + E5 = 20 + 65 + 35 = 120V
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Introduo a semicondutores
So materiais que tem propriedades intermedirias entre condutores e
isolantes. Os semicondutores permitem a passagem de corrente num s sentido, no
possibilitando o retorno da mesma.
Cu Cobre Fe -Ferro
Si silcio Ge -Germnio
Materiais Semicondutores
O silcio e o germnio so muito utilizados na construo de dispositivos eletrnicos. o mais utilizado, devido as suas caractersticas serem melhores em comparao ao germnio e tambm por ser mais abundante na face da terra.
A ltima camada eletrnica (nvel energtico) chamada camada de valncia. O silcio e o germnio so tomos tetravalentes, pois possuem quatro eltrons na camada de valncia.
O potencial necessrio para tornar livre qualquer um dos eltrons de valncia menor que o necessrio para remover qualquer outro da estrutura.
Em um cristal de silcio ou germnio, puros (intrnsecos), estes quarto eltrons de valncia participam da ligao atmica com quatro eltrons dos tomos vizinhos, formando ligaes covalentes. Embora a ligao covalente implique numa ligao mais forte entre os eltrons de valncia, ainda assim possvel que possam assumir o estado livre.
Os eltrons de valncia podem absorver energia externa suficiente para se tornarem eltrons livres. Uma mudana na temperatura de uma material semicondutor pode alterar consideravelmente o nmero de portadores disponveis. Com a elevao da temperatura, os eltrons de valncia absorvem energia trmica suficiente para quebra das ligaes covalentes, contribuindo para o aumento da condutividade do material.
26
Aplicaes
Eles so empregados na confeco de diodos retificadores, cuja funo converter Corrente alternada (C. A.) em Corrente Contnua (C.C.).
Os semicondutores so ainda empregados numa infinidade de componentes eletrnicos como: diodos em geral, transistores, tiristores, circuitos integrados, etc.
Materiais Extrisecos
A adio de certos tomos estranhos aos tomos de silcio ou germnio,
chamados de tomos de impurezas, pode alterar a estrutura de camadas (bandas) de
energia de forma suficiente mudar as propriedades eltricas dos materiais intrnsecos.
Um material semicondutor que tenha sido submetido a um processo de
dopagem por impurezas e chamado de material extrnseco. H dois materiais
extrnsecos de muita importncia para a fabricao de dispositivos semicondutores.
Esses materiais so chamados de: tipo N e tipo P.
Material dopado tipo N
Um mtodo de dopagem consiste na utilizao de elementos contendo cinco eltrons na camada de valncia (penta-valente), como o antimnio, arsnio e fsforo.
O elemento penta-valente adicionado ao silcio ou germnio, intrnseco. Quatro ligaes covalentes sero estabelecidas. O quinto eltron, porm, fica
desassociado de qualquer ligao. Esse eltron pode tornar-se livre mais facilmente que qualquer outro, podendo nessas condies vagar pelo cristal.
Material dopado tipo P
O material tipo P formado pela dopagem do semicondutor intrnseco por
tomos trivalentes como o boro, glio e ndio. H agora um nmero insuficiente de
eltrons para completar as ligaes covalentes. A falta dessa ligao chamada de
lacuna (buraco).
Como uma lacuna pode ser preenchida por um eltron, as impurezas
trivalentes acrescentadas ao silcio ou germnio, intrnseco, so chamados de tomos
aceitadores ou receptores. O material tipo P resultante eletricamente neutro.
27
Juno PN
A juno (PN) semicondutor formada unindo os materiais do tipo P e N
construdos a partir da mesma base de silcio ou germnio.
Quando efetua-se a unio dos cristais P e N, alguns eltrons em excesso do N
tendem a migrar para o P e o mesmo ocorre com as lacunas do P para o N.
A movimentao de eltrons,faz surgir na regio central da juno PN uma
regio chamada de zona de depleo .
Como a camada ou zona de depleo fica ionizada, cria-se uma ddp na juno
na juno PN, chamada de barreira de potencial, cujos valores so de
aproximadamente 0,3V para Germnio(Ge) e 0,7V para o silcio(Si).
Diodos Semicondutores
A partir da juno PN surge o diodo semicondutor.
O diodo semicondutor um componente unidirecional, ou seja, conduz a
corrente somente em um nico sentido, de anodo(A) para o Katodo(K).
28
Polarizao do diodo
Na condio de conduo do diodo polarizado de forma direta, como mostra o
exemplo:
Obs.: Plo(+) da fonte conectada ao anodo e Plo(-) da
fonte ao Katodo
Com essa polarizao as lacunas do cristal P so empurradas contra a barreira de
potencial, o mesmo ocorre com os eltrons do cristal N. Com isso a barreira de
potencial sofre um estreitamento, permitindo uma recombinao de cargas em maior
escala, colocando o diodo em conduo.
Na polarizao reversa o anodo conectado ao plo (-) da fonte e o katodo(+)
da fonte, colocando o diodo em corte. Neste caso a barreira de potencial sofre um
alargamento distanciando os eltrons e as lacunas.
29
Curva caracterstica do diodo
o grfico que mostra as caractersticas do diodo na polarizao direta e
reversa.
VD= tenso direta VR= tenso reversa Vbk = tenso de break down
Id = corrente diretaIr = corrente reversa
Vd = tenso da conduo do diodo
VR VD
Ir
30
Reta de carga do diodo
A ligao do diodo a uma fonte de alimentao deve ser feita, utilizando-se um resistor
limitador em srie, a fim de proteg-lo a no ultrapassar o seu valor de Id.
A reta de carga traada sobre a curva
caracterstica de polarizao direta por dois pontos;
tenso de corte(Vdm) e corrente de saturao(Is). No
ponto de cruzamento com a curva caracterstica,
encontra-se o ponto Q(Quiescente) ou ponto de
trabalho, que mostra os valores de Vd e Id em que o
diodo esta submetido.
Determina-se o valor da tenso de corte (Vc)
( tenso no diodo quando est aberto)
Vc = Vcc
Determina-se a corrente de saturo (Is)
( corrente no diodo quando est em curto )
Is =Vcc
Rl
Em seguida define-se o ponto Q na reta de carga projetando-se as coordenadas para
os eixos de Vd e Id encontrando os valores de trabalho.
A potncia dissipada pelo diodo expressa por:
Pdq = Vdq .Idq
Vcc
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Exemplo: Dada a a curva caracterstica de um diodo de silcio(si), alimentado por uma
fonte VCC = 2,2 v com uma carga de RL = 50. Traar a reta de carga e determinar
os valores de Vdq, Idq, Pdq.
Vcc= Vc = 2,2v
Is = Vcc = 2,2= 0,044 A Is = 44mA RL 50 Vdq
.E = VD + IDR
1) Qual a potncia dissipada num diodo de silcio com polarizao direta, se a tenso do diodo for de 0,7 V e a corrente de 100 mA? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2) Determinar a reta de carga, o ponto quiescente (Q) e a potncia dissipada pelo diodo no circuito a seguir, dada a sua curva caracterstica. VCC =2vRL=1K _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Led Diodo Emissor de Luz
Quando polarizamos diretamente conduz corrente e produz luz atravs da
energia luminosa produz ftons.
A corrente direta mxima do Led no deve ultrapassar 20mA, para isso deve-
se conectar um resistor limitador em srie com o Led.
A tenso Vd do Led em torno de 1,4V. Ento para determinar o valor do
resistor limitador usaremos a frmula:
R = Vcc Vd
Id
Exemplo: Calcule R e PDR ,sabendo que Vd = 1,4 V e Id = 20mA e que Vcc = 12V.
R = Vcc Vd= 12 - 1,4 = 530
Id 0,02
PDR = R . Id2= 530 . ( 0,02)2 = 0,212 = 212mW
A K
33
Diodo Zener
Diodo com elevado nvel de dopagem das regies P e N, que apresenta efeito ZENER em nveis de tenso reversa menores que 0,5volt. Os diodos deretaguarda conduzem melhor no sentido reverso do que no sentido direto.
Cada diodo Zener possui uma tenso de Zener especfica como, por exemplo, 5,1 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 Volts.
Na regio reversa, observa-se que na ruptura o joelho (VZ) bastante pronunciado, seguido de um aumento de corrente praticamente vertical. Podemos observar tambm que a tenso praticamente constante (aproximadamente igual a VZ em quase toda a regio de ruptura. O valor de VZ geralmente especificado para uma determinada corrente de teste IZT.
A potncia dissipada por um diodo zener dada pela frmula: P Z = V Z. I Z Por exemplo, se VZ = 6,2V e IZ = 12mA, ento: PZ = 6,2V x 12mA = 74,4mW. Desde que a potncia no seja ultrapassada, o diodo zener pode operar dentro da regio de ruptura sem ser destrudo.
Muitas vezes na especificao do fabricante inclui-se tambm a corrente mxima que um diodo pode suportar, em funo da mxima potncia que o mesmo pode suportar. Assim:
I ZM = P ZM / V Z onde: IZM = mxima corrente de zener especificadaPZM = potncia especificada
VZ = tenso de zener
Se quisermos saber a corrente especificada de um diodo zener de 6,2V com
uma especificao de potncia de 500mW, ento:
IZM = 500mW / 6,2v = 80,6mA
Isto significa que, se houver uma resistncia limitadora de corrente suficiente para manter a corrente de zener abaixo de 80,6mA, o diodo zener pode operar dentro da regio de ruptura sem se danificar.
Levando-se em conta uma tolerncia de 10% (por exemplo), acima ou abaixo do valor de 6,2V, ento aconselhvel para maior segurana recorrer ao procedimento abaixo:
IZM = 500mW / 6,2V(x 1,1) = 73,3mA
34
Circuitos Retificadores
So circuitos que utilizam os diodos semicondutores na converso CA em tenso CC. Porque a maioria dos circuitos eletrnicos necessitam da tenso de alimentao em CC.
Os circuitos Retificadores podem ser monofsicos ou trifsicos, de acordo com o sistema de alimentao da rede e o transformador utilizado.
Os tipos de retificao so: - Retificador de meia onda - Retificador de onda completa
Onda Senoidal
A tenso de alimentao residencial e industrial uma onda senoidal. Uma onda senoidal um sinal peridico, pois possui um ciclo, ou perodo, de variao que se repete indefinidamente. Podemos representar os valores que uma onda senoidal apresenta ao longo de um ciclo pelo seguinte grfico. Tenso de Pico Os valores de pico positivo ou negativo de uma senide o mximo valor que a onda alcana durante a excurso dos semiciclos positivo ou negativo. Tenso de Pico a Pico (Vpp)
O valor de pico a pico de uma senide o dobro do valor de pico.
Vpp= 2.Vp
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Transformador
O transformador, um aparelho esttico que transporta energia eltrica, por induo eletromagntica, do primrio (entrada) para o secundrio (sada)
A razo entre as tenses do primrio e do secundrio, bem como entre os respectivos nmeros de espiras dos seus enrolamentos, definem a relao de transformao (a) de um transformador. Assim:
U1=N1 = a U2N2
Onde: U = a tenso ; N = nmero de espiras
Se a>1, o transformador rebaixador; se a
36
Circuito Retificador monofsico de meia onda
o mais simples , porm no mais utilizado na prtica,pois seu sinal de sida apresenta um grande ondulao( RIPPLE), restringindo a sua aplicao em circuitos eletrnicos. No entanto, a sua interpretao a base fundamental para os retificadores de onda completa.
Sua aplicao se d em equipamentos e circuitos mais simples, comorecarregadores de baterias automotivas, mquinas de solda por arco-voltaico.
Quando a sada (VS) do transformador encontra-se no semiciclo positivo, polariza o diodo de forma direta, colocando-o em conduo, no semiciclo negativo o diodo fica polarizado reversamente, ou seja, cortando a carga q recebe tenso de potencial positivo. Na condio do diodo negativo no seu bloqueio,como veremos no grfico
Exemplo: Sabendo se que Vpp = 9V encontre Vm valor mdio de tenso
Vm = Vp Vd
Vp = Vpp = 9 = 4,5 V Vm = Vp Vd= 4,5 0,7 = 1,21 V
2
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Dado o circuito retificador de meia onda
Definir os valores da tenso mdia e a corrente mdia na carga
Vef = VpVp = Vef . 2
2
Vm = Vp VdIm = Vm
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No circuito retificador de meia onda a seguir, definir os valores da Vm e Im e na carga
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Circuito Retificador monofsico de onda completa com centertap
Este circuito faz com que tanto o semiciclo positivo quanto o negativo caiam somente sobre a carga RL, sempre com a mesma polaridade. Neste caso utiliza-se dois diodos e um transformador com centertap.
As tenses Vs1 e Vs2 esto defasadas em 180o em relao ao centertap. Isso
faz com que D1 e D2 conduza em intervalos defasados, mantendo a tenso constante
sobre a carga.
Calculo da tenso mdia (Vm) na carga
Vm = Vp (2.Vd) Im = VmVp = Vef . 2
Onde Vef = Vs1 + Vs2
Obs.: Para dimensionar o diodo de acordo com a sua especificao tcnica temos:
Idm = corrente direta mxe Vbr = tenso reversa mx ou break-down
onde : Vbr Vp e Idm Im
2
39
Exemplo: Calcule Vef, Vp, Vm e verifique se o dimensionamento do diodo esta de
acordo.
Vef = Vs1 + Vs2= 6 + 6 = 12V
Vp = Vef . 2= 12 . 2 = 17V
Vm = Vp (2.Vd) =17 (2. 0.7) = 4,97V
3,1416
Im = Vm= 4,97= 497mA
RL 10
Idm Im = 0,0497= 248,5 mA
2 2
Vbr Vp= 17v
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Circuito Retificador monofsico de onda completa em ponte de diodos
Neste retificador a carga (RL), recebe a tenso C.C. atravs de dois diodos
simultaneamente,com isso, a tenso mdia(Vm) melhor e a ondulao do sinal CC
(riplle) menor.
Durante o semiciclo positivo da tenso Vs, os diodos D1 e D2 conduzem e D3 e D4
esto em bloqueio. De forma contrria ocorre durante o semiciclo negativo de Vs, D3 e
D4 conduzem e D1 e D2 bloqueados. Desta forma, a carga tem a tenso de sada(Vs)
de polaridade positiva.
Para determinar a tenso mdia (Vm) na carga temos:
Vm = 2 . (Vp - Vd) Im = Vm
Especificao dos diodos
Idm ImVbr Vp
2
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Determinar a tenso mdia na carga de um retificador em ponte cujo Vef de sada
12V e carga 10
Dado o circuito retificador. Determinar os valores de Vm, Im, IdmeVbr
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Filtros Capacitivos para Retificadores
Aps a retificao, a tenso aplicada carga possui uma ondulao bastante acentuada, dificultando o seu aproveitamento em circuitos eletrnicos. Para que ela se torne mais uniforme necessrio o uso de algum tipo de filtro. O filtro mais utilizado o filtro capacitivo que reduz muito a ondulao da tenso, possibilitando assim a maior uso do retificador.
Com Funciona
No primeiro semiciclo, o capacitor se carrega atravs dos diodos D1 e D3 at o valor de pico da tenso de entrada. Quando a tenso retificada diminui os capacitores comeam a descarregar, alimentando a carga. No outro semiciclo o capacitor ser carregado por D2 e D4 at o valor de pico, novamente quando a tenso comea a reduzir o capacitor passa a fornecer corrente para a carga. Mesmo utilizando um filtro, existe um pequena ondulao de tenso que tende a aumentar com o aumento da corrente da carga. Esta ondulao define o fator de ripple do circuito.
43
Transistor
O Transistor basicamente constitudo de trs camadas de materiais
semicondutores,formando as junes NPN ou PNP. Essas junes recebem um
encapsulamento de trs terminais para conexes externas.
A corrente de emissor (IE) composta pela soma das correntes de base (IB) e
de coletor (IC). Observeque,a tenso entre coletor-emissor (VCE) composta pela soma das tenses base-emissor (VBE) e base coletor (VCB). Onde PD a potncia dissipada. Portanto, podemos escrever:
IE = IB + IC VCE = VBE +VBC
PD= VCE . IC
Beta CC (cc)
A relao entre a corrente de coletor e a corrente de base chamada de cc
utilizada para clculos de polarizao de transistores em todas as regies de
operao.
Um exemplo da utilizao determinar a corrente de base de um
transistor,quando pelo coletor flui uma determinada corrente.
Exemplo:
Se um transistor se mede uma corrente de coletor de 5mA qual dever ser sua
corrente de base se seu cc = 100
NPN PNP
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Polarizao do transistor
Para que haja uma movimentao na barreira de potencial teremos que
polarizar o transistor NPN e PNP diretamente e reversamente.
1 caso - as duas junes diretamente polarizadas, circula corrente pelas duas
junes, estando o dispositivo em situao de saturao.
2 caso - as duas junes reversamente polarizadas no h circulao de
corrente,deixando o dispositivo em situao de corte
3 caso -uma juno diretamente polarizada e a outra reversamente polarizada,
neste caso, circula corrente por ambas as junes,porque ocorre o fenmeno
denominado de efeito transistor.
Para melhor ilustrar a polarizao do 3 caso
Considerando a figura acima, vamos escrever as equaes das malhas de entrada e de sada
Entrada : VBB = RB . IB + VBE
Sada : VCE = RC.IC + VCE
Para dimensionarmos RB e RC em funo de valores pr-estabelecidos de VBB, VCC, IB, VCEe dos parmetros do transistor, nas equaes de malha isolamos nesse valores
RB = VBB - VBE
IB
Rc = Vcc VcE
Ic
45
Na pratica, no vivel a utilizao de duas baterias, sendo que para
eliminarmos uma delas,formaremos divisores de tenso que equivalem a nvel de
polarizao s condies pr-estabelecidas. O circuito equivalente com a bateria VBB
eliminada. Observe a figura :
A soluo paraproblema de instabilidade principalmente com a temperatura,
polarizar o transistor, utilizando o circuito denominado polarizao por divisor de
tenso na base
RC RB
RE
Vcc
Vcc
IB1
Ic
IB
IB2 IE
RB1 RC
RB2 RE
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CI(s) Reguladores de Tenso, Famlia 78XX e 79XX
Os reguladores integrados podem ser de dois tipos: negativos e positivos. Apresentam caractersticas de possuir apenas trs terminais.
Ospositivos mais comuns so os da famlia 78xxque so fixos.
(7805,7809,7812,7815,7818,7824) Os negativosmais comuns so os da famlia 79xxque so fixos.
(7905,7909,7912,7915,7918,7924)
Invlucro do e aspecto fsico dos reguladores
47
As emendas dos condutores, os contatos parafusados, as derivaes devem
ser bem feitas, pois, se h um mau contato, a resistncia grande, desenvolvendo-se
no ponto considerado uma quantidade de calor, prejudicando o funcionamento do
circuito. No projeto de circuitos eltricos deve-se levar em considerao a queda de
tenso nos condutores, devido resistncia dos mesmos. Esse clculo feito
conforme exemplo abaixo: Ex.: Calcular a bitola em mm2 do fio condutor (de cobre)
que devemos usar para uma rede com capacidade para 10A, tenso de 110V e
extenso de 550m. Para isso vamos considerar como a mxima perda admissvel o
valor de 2% da tenso. Aplicamos ento a seguinte frmula:
Onde: s = seco do fio em mm2
= resistividade do metal em microhms.cm (cobre=1,75)
L = comprimento da linha em metros
I = corrente em ampres
a = porcentagem de queda de tensoadmissvel
V = tenso em volts
Conhecemos:
I = 10
V = 110V
L = 550m
a = 2%
= 1,75 (fio de cobre)
aplicamos a frmula :
Verificamos ento na tabela, qual o condutor com valor igual ou superior ao
que foi calculado, e encontramos o cabo 4/0 com 107,20 mm2 que o mais indicado
para este caso visto que o cabo 3/0 tem uma seco de 85,03 mm2 , ou seja, um pouco inferior ao que necessitamos.Notas:
1. Capacidade de conduo de corrente para cabos instalados em eletrodutos (at 3 condutores carregados), de acordo com a NBR-5410 (NB-3).
48
2. No caso de circuitos relativamente longos necessrio levar em conta a queda de tenso admissvel (captulo 525 da NBR-5410 / NB-3) Metrificao dos fios e cabos eltricos Equivalncia prtica AWG/MCM x Srie mtrica
Considerando PVC/60C x PVC/70C
Para determinar o dimetro do condutor, utilize a seguinte frmula:
Onde: D = Dimetro nominal em mm
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A = rea da seco em mm2 = 3,141592654
Tabela de fios NC (Nquel-Cromo) para resistores
d = dimetros = seco g/m = gramas por metro /m = ohms por metro
Exerccios: 1) Calcular a resistncia, a corrente, o nmero e o comprimento do fio NC para um soldador de 80W e 120V. Obs.: Tratando-se de ferro de soldar considera-se na tabela a coluna de 400C.
2) Calcular o fio resistor para um chuveiro que dever possuir uma potncia de 2.800/3.400 W (vero/inverno) para trabalhar em 220V. Obs.: Usar para clculo a maior resistncia (2.800W). No caso de aquecimento rpido
(imerso) pode-se admitir um fio que sob a coluna de 800C, corresponda a metade
da corrente calculada.
50
Referncias Bibliogrficas
http://www.coladaweb.com/quimica/eletroquimica/condutores-e-isolantes-
semicondutores
U.S. Navy - Curso Completo De Eletricidade Bsica Hemus
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