Apostila Completa em PDF de Eletrotécnica - Eletricidade Básica

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Paulo Peixoto

Electrotecnia Teórica

Electrotecnia

Curso de Nivelamento em “Electrónica e Comunicações“ 2002

Paulo Peixoto

Ficha técnica

Título : Manual de Electrotecnia – Componente teórica Curso : Curso de Formação em Electrónica e Comunicações Autor : Paulo Peixoto Data : Outubro - 2002

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Listagem de Conteúdos

Noções matemáticas História da Electricidade Capítulo 1 - Estrutura da matéria Capítulo 2 - Propriedades e características gerais dos materiais Capítulo 3 - Electrostática Capítulo 4 - Corrente Contínua Capítulo 5 - Electroquímica Capítulo 6 - Magnetismo e campo magnético Capítulo 7 - Efeito magnético da corrente Capítulo 8 - Electromagnetismo Capítulo 9 - Circuitos magnéticos Capítulo 10 - Corrente alternada Capítulo 1 - Análise de circuitos em C.A. Capítulo 12 - Potência e energia Capítulo 13 - Transformador monofásico Capítulo 14 - Introdução aos circuitos trifásicos

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Introdução

No decurso desta disciplina iremos abordar noções fundamentais de electrotecnia /electrónica que, futuramente, serão úteis para novas disciplinas como é o caso de electrónica básica, electrónica analógica e electrónica digital. Abordaremos, inicialmente, os temas a nível teóricos analisando leis, definições e deduções, partindo posteriormente para a componente prática, onde constataremos os conceitos adquiridos. No decorrer dos vários temas teremos ainda uma terceira componente, teórico-prática, onde resolveremos exercícios para uma melhor compreensão destes. Este manual foi realizado com vista a ser uma fonte de informação na disciplina e, posteriormente como meio de consulta sempre que o quotidiano o exiga. A principal preocupação foi por um lado, abordar cada tema de um modo simples e intuitivo, por outro não os simplificar demasiado, de forma a que as análises destes não sejam unicamente superficiais, fugindo á linha dos objectivos propostos. Este apertado caminho nem sempre foi fácil de alcançar. Einstein disse uma vez:

“ Façam as coisas tão simples quanto possível, mas não mais simples.”

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Noções matemáticas

1. Notação científica

Em ciência é usual escrever números muito grandes ou muito pequenos, quer quando utilizamos determinadas constantes, quer quando efectuamos cálculos numéricos. Por este motivo, é útil e recomendável a utilização da notação cientifica.

A forma padrão para a notação científica é : a x 10 n onde a é um número maior ou igual a 1 e menor que 10, e n é um número inteiro.

Exemplos

93 0 0	9,3 x 10 7
384 0 0 0	3,84 x 10 1
12 0 0	1,2 x 10 7
0.0 0034	3,4 x 10 - 6
0.0 0 0 00234	2,34 x 10 - 12
0.0 0 0157	1,57 x 10 - 8

Notação Standard Notação científica Curso de Nivelamento em “Electrónica e Comunicações“ Página 4

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2. Múltiplos e submúltiplos

Em engenharia torna-se imprescindível a utilização dos múltiplos e dos submúltiplos das unidades utilizadas, assim teremos:

exa E 1018 = 1 0 0 0 0 0 0 peta P 1015 = 1 0 0 0 0 0 tera T 1012 = 1 0 0 0 0 giga G 109 = 10 0 0 mega M 106 = 1 0 0 quilo k 103 = 1 0 hecto h 102 = 100 deca da 10 deci d 10-1 = 0,1 centi c 10-2 = 0,01 mili m 10-3 = 0,001

Tabela 1 – Múltiplos e submúltiplos

1 Km =	1000 m = 1 x 103 m
1 µm =	0.0 001 m = 1 x 10-6 m
1 mg =	0.001 g = 1 x 10-3 g
3 Kg =	3 0 g = 3 x 103 g
5 nm = 0.0 0 005 m =	5 x 10-9 m

Exemplos Curso de Nivelamento em “Electrónica e Comunicações“ Página 5

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3. Trigonometria

As razões trigonométricas ser-nos-ão úteis ao longo da disciplina, uma vez que, iremos ter necessidade de utilizar o seno e o coseno de um ângulo para cálculo de grandezas electromagnéticas e eléctricas.

Figura 1 – Razões trigonométricas

Exemplos

Pretende-se calcular o sen, cose tg

No triângulo ∆ [ ABC ] rectângulo em B, tem-se AB = 5 cm, BC = 12 cm e AC = 13 cm. Figura 2 – Triângulo [ ABC ] rectângulo em B

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4. Sistemas de equações

No desenrolar da disciplina iremos utilizar sistemas de equações para a determinação de grandeza eléctricas. Tomemos como exemplo o seguinte sistema de 3 equações com 3 incógnitas, I 1 , I 2 e I 3 .

	I 1 + I 3 = I 2
	4.I 2 + 12 – 24 + 1.I 1 = 0
	18 – 2.I 3 – 12 – 4.I 2 = 0

I 2 = I 1 + I 3
4.( I 1 + I 3 ) - 12 + 1.I 1 = 0	⇒ 5.I 1 + 4.I 3 = 12
6 - 2.I 3 - 4.( I 1 + I 3 ) = 0	- 4.I 1 - 6.I 3 = - 6

Resolvendo o sistema, começamos por substituir I 2 na 2.ª e 3.ª equações pelo valor da 1.ª equação:

Utilizando o método da adição, multiplicamos ambos os termos da 2.ª equação por 4 e os da 3.ª equação por 5, teremos:

	20.I 1 + 16.I 3 = 48 ( x 4 )
	- 20.I 1 - 30.I 3 = - 30 ( x 5 )
	0.I 1 - 14. I 3 = 18 I 3 = - 1,286

- 4.I 1 - 6 x( - 1,286 ) = - 6 ⇒	I 1 = - 6 x ( - 1,286 ) + 6 ⇒ I 1 = 3,43
	4

Substituindo o valor de I 3 na 3.ª equação, virá:

I 2 = 3,43 + ( - 1,286 ) ⇒

I 2 = 2,14

Finalmente, substituindo na 1.ª equação os valores de I 1 e I 3 :

I 1 =	3,43
I 2 =	2,14

As soluções s sistemas são : I 3 = - 1,286

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História da eelleeccttrriicciidaddee

A história da electricidade foi marcada pela evolução técnica e pelos desenvolvimentos científicos, estendendo-se a variados campos da ciência e a inúmeras aplicações de ordem prática. Faremos aqui uma pequena abordagem a essa história, rica de acontecimentos e descobertas, desde os seus primórdios na antiguidade grega até ao princípio do século X.

A palavra Electricidade provém do latim electricus, que significa literalmente “produzido pelo âmbar por fricção”. O filósofo, astrónomo e matemático grego

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