Apostila de Eletricidade Predial

Apostila de Eletricidade Predial

(Parte 1 de 25)

FIEMT

FEDERAÇÃO DAS INDÚSTRIAS NO ESTADO DE MATO GROSSO

SENAI

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL

DEPARTAMENTO REGIONAL DE MATO GROSSO

ELETRICIDADE BÁSICA

Federação das Indústrias no Estado de Mato Grosso – FIEMT

JANDIR JOSÉ MILAN

Presidente em exercício

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI

Departamento Regional de Mato Grosso

JANDIR JOSÉ MILAN

Presidente do Conselho Regional do SENAI/MT em exercício

GILBERTO GOMES DE FIGUEIREDO

Diretor Regional do SENAI-DR/MT

ELETRICIDADE BÁSICA

Cuiabá/MT

2010

© 2010. SENAI – Departamento Regional de Mato Grosso.

Qualquer parte desta obra poderá ser reproduzida, desde que citada a fonte.

SENAI-DR/MT

Gerência de Educação e Tecnologia – GETEC

Unidade de Desenvolvimento em Educação Inicial e Continuada

SENAI, Departamento Regional de Mato Grosso.

Eletricidade Básica / SENAI – Departamento Regional de Mato Grosso - Cuiabá, 2010

281 p. : il.

1. Eletricidade Básica.

* Esta apostila contém cópia do SENAI/DN. Capacitação dos Docentes do SENAI para comunicação com Alunos Surdos. Brasília: SENAI/DN, 2002.

CDU 376.2

SENAI-DR/MT

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – Departamento Regional de Mato Grosso

Av. Historiador Rubens de Mendonça, 4.301 – Bairro Bosque da Saúde - CEP 78055-500 – Cuiabá/MT

Tel.: (65) 3611-1500 - Fax.: (65) 3611-1557

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SUMÁRIO

Apresentação 05

1.1.1.Unidade I – Fundamentos de eletricidade

Energia 07

Matéria 14

Fundamentos da eletrostática 23

Geração de energia elétrica 38

Corrente elétrica 44

Resposta dos exercícios 50

1.1.2.Unidade I – Fundamentos de eletricidade

Circuitos elétricos 55

Resistência elétrica 69

Associações de resistências 79

Lei de Ohm 98

Potência elétrica em corrente contínua 106

Primeira Lei de Kirchhoff 121

Segunda Lei de Kirchhoff 131

Respostas dos exercícios 150

1.1.3.Unidade III – Introdução à corrente alternada

Magnetismo 159

Eletromagnetismo 172

Corrente alternada 178

Aterramento 189

Resposta dos exercícios 200

1.1.4.Unidade IV – Análises em corrente alternada

Capacitores 204

Reatância capacitiva 217

Indutores 224

Reatância indutiva 234

Impedância 240

Potência em corrente alternada 247

Sistemas de distribuição 255

Respostas do exercícios 261

Referências bibliográficas 267

Referências Bibliográficas 269

Apresentação

A partir desta unidade, Fundamentos de eletricidade, você dá inicio ao seu estudo de Eletricidade Básica. Além desta, mais três unidades integram este curso de Eletricidade Básica: Análises em corrente contínua, Introdução à corrente alternada e Análises em corrente alternada.

As informações incluídas em cada uma dessas unidades foram organizadas e selecionadas de modo que você possa obter um conjunto de conhecimentos tecnológicos importantes para a sua preparação profissional e sua atuação no mundo do trabalho.

Com essa preocupação, espera-se que ao final desta primeira unidade, você consiga:

  • Reconhecer os principais tipos de energia, o seu processo de transformação e efeitos;

  • Identificar os principais componentes do átomo e seus estados de equilíbrio e desequilíbrio;

  • Descrever o processo de eletrização e seus efeitos;

  • Relacionar desequilíbrio e potencial elétrico;

  • Converter valores de tensão, utilizando múltiplos e submúltiplos do volt;

  • Caracterizar as principais fontes de geração de energia elétrica;

  • Descrever o processo de formação da corrente elétrica;

  • Converter valores de intensidade da corrente elétrica, utilizando múltiplos e submúltiplos do ampére.

Leia tudo com muita atenção. Sempre que possível, procure relacionar os assuntos com o trabalho que você faz ou observa outras pessoas realizarem. Com isso, seu estudo ficará mais enriquecido e o seu aproveitamento será maior.

Sempre que tiver duvidas, volte ao texto e releia o trecho em que encontrou dificuldades. Se mesmo assim as duvidas continuarem, entre em contato com o seu monitor ou orientador de aprendizagem. Boa sorte! Siga em frente!

Unidade I – Fundamentos de eletricidade

2.Energia

Freqüentemente usamos a palavra energia. Às vezes, ouvimos dizer que determinado alimento é rico em energia, que recebemos energia do sol ou, então, que o custo da energia elétrica aumentou. Fala-se também em energia térmica, química, nuclear...

Como se pode perceber, a energia está presente em quase todas as atividades do homem moderno. Por isso, é muito importante que o profissional da área eletroeletrônica conheça os princípios da energia elétrica.

Neste primeiro capítulo, estudaremos algumas formas de energia que se conhece, sua conservação e unidades de medida.

2.1.Energia e trabalho

A energia está sempre associada à execução de uma ação, isto é um trabalho. Por isso, dizemos que energia é a capacidade que um corpo têm de realizar um trabalho. Como exemplo, temos: a mola comprimida ou estendida, e a água, represada ou corrente.

Assim como há vários modos de realizar um trabalho, também há várias formas de energia. Em nosso curso, falaremos mais sobre a energia elétrica e seus efeitos, porém devemos também conhecer outras formas de energia.

Dentre as muitas formas de energia que existem, podemos citar:

  • Energia potencial;

  • Energia cinética;

  • Energia mecânica;

  • Energia térmica;

  • Energia química;

  • Energia elétrica.

A energia é potencial quando se encontra em repouso, ou seja, armazenada em um determinado corpo. Como exemplo de energia potencial, podemos citar um veiculo no topo de uma ladeira, a água de uma represa ou flecha ao ser lançada.

A energia cinética é a conseqüência do movimento de um corpo. Como exemplos, podemos citar um esqueitista em velocidade que aproveita a energia cinética para subir uma rampa, a abertura das comportas de uma represa que faz girarem as turbinas dos geradores das hidroelétricas ou o bate-estaca que, em movimento, apresenta energia cinética.

A energia mecânica é a soma da energia potencial com a energia cinética presentes em um determinado corpo. Ela se manifesta pela produção de um trabalho mecânico, ou seja, o deslocamento de um corpo. Como exemplo de energia mecânica podemos citar um torno em movimento ou um operário empurrando um caixote.

A energia térmica se manifesta através da variação da temperatura nos corpos. A máquina a vapor usa o calor para aquecer a água, transformando-a no vapor que acionará os pistões. Esse é um exemplo de energia térmica.

A energia química manifesta-se quando certos corpos são postos em contato, proporcionando reações químicas. O exemplo mais comum é a pilha ou bateria elétrica.

A energia elétrica manifesta-se por seus efeitos magnéticos, térmicos, luminosos, químicos e fisiológicos. Como exemplo desses efeitos, podemos citar:

  • A rotação de um motor (efeito magnético),

  • O aquecimento de uma resistência para esquentar a água do chuveiro (efeito térmico),

  • A luz de uma lâmpada (efeito luminoso),

  • A eletrólise da água (efeito químico),

  • A contração muscular de um organismo vivo ao levar um choque elétrico (efeito fisiológico).

2.2.Conservação de energia

A energia não pode ser criada, nem destruída. Ela nunca desaparece, apenas se transforma, ou seja, passa de uma forma de energia para outra.

Há vários tipos de transformação de energia e vamos citar os mais comuns:

  • Transformação de energia química em energia elétrica – a utilização de baterias ou acumuladores permite por meio de reação química gerar ou armazenar energia elétrica;

  • Transformação de energia mecânica em energia elétrica – a água de uma represa, que flui através das comportas, movimenta as turbinas dos geradores da hidroelétrica;

  • Transformação de energia elétrica em mecânica – os motores elétricos recebem energia elétrica em seu enrolamento e transformam-na em energia mecânica através da rotação de seu eixo.

2.3.Unidades de medida de energia

Para melhor conhecermos as grandezas físicas, é necessário medi-las. A unidade de medida de energia é chamada joule, representada pela letra J.

Há grandezas cuja medição é muito simples. Para se medir o comprimento de uma peça, por exemplo, basta apenas uma régua ou uma trena. Outras grandezas, porém exigem aparelhos complexos para sua medição.

As unidades de medida das grandezas físicas são agrupadas em sistemas de unidade onde as medidas foram reunidas e padronizadas no Sistema Internacional de Unidades, abreviado para sigla SI.

As grandezas formadas com prefixos SI têm múltiplos e submúltiplos. Os principais são apresentados na tabela a seguir.

Prefixo SI

Símbolo

Fator multiplicador

Giga

G

109 = 1 000 000 000

Mega

M

106 = 1 000 000

Quilo

K

103 = 1 000

Mili

m

10-3 = 1 000

Micro

10-6 = 0,000 001

Nano

n

10-9 = 0,000 000 001

Pico

p

10-12 = 0,000 000 000 001

Durante todo este curso, estaremos utilizando as unidades formadas com os prefixos SI, por essa razão, é muito importante você ir se familiarizando com elas.

Resolva, agora, os exercícios a seguir para fixar as informações mais importantes deste capítulo. Se tiver alguma dificuldade, releia o texto. Se, mesmo assim, não conseguir resolvê-la, entre em contato com o seu monitor ou orientador de aprendizagem.

Exercícios

01 – Complete corretamente as frases a seguir.

  1. A capacidade de um corpo realizar um trabalho denomina-se ________________________________________________________________.

  2. A água em movimento que desce pelas tubulações e chega ao irrigadores de plantas, acionando-os é um exemplo de transformação da energia ________________________ em energia ___________________________.

  3. A iluminação de ruas e residências constitui um exemplo de energia _______________________________.

02 – A coluna da esquerda indica alguns tipos de energia e a da direita os nomes desses tipos de energia. Complete a coluna da direita, escrevendo a letra correspondente dentro dos parênteses. Atenção! Uma das alternativas não tem correspondente.

  1. Rotação de um motor ( ) energia mecânica

  2. Pilhas e baterias elétricas ( ) energia elétrica

  3. Esqueitista em movimento ( ) energia química

  4. Moinho acionado por uma roda d’água ( ) energia nuclear

( ) energia cinética

Assinale com um (x) a alternativa correta das questões 3 a 5.

03 – Pilhas e baterias elétricas são exemplos de transformação de:

a) ( ) reações químicas

b) ( ) energia potencial em energia nuclear

c) ( ) energia elétrica em reações químicas

d) ( ) energia térmica em energia elétrica

e) ( ) reações químicas em energia elétrica

04 – A unidade de medida da energia é o:

a) ( ) ampére (A)

b) ( ) ohm ()

d) ( ) volt (V)

e) ( ) joule (J)

05 – Ao encostar-se em um aparelho, uma pessoa leva um “choque”. Trata-se de um exemplo do:

a) ( ) efeito magnético da energia elétrica

b) ( ) efeito fisiológico da energia elétrica

c) ( ) efeito luminoso da energia elétrica

d) ( ) efeito químico da energia elétrica

e) ( ) efeito térmico da energia elétrica

Confira as respostas no final desta unidade.

3.Matéria

O estudo da matéria e sua composição é fundamental para a compreensão da teoria eletrônica, que você começará a estudar, neste capítulo. Com essa preocupação, iniciaremos esse estudo conhecendo o arranjo físico das partículas que compõem o átomo e a maneira como essas partículas se comportam.

Leia tudo com muita atenção, pois a compreensão desses assuntos facilitará muito o entendimento dos fenômenos que produzem a eletricidade.

3.1.Composição da matéria

Matéria é tudo aquilo que nos cerca e que ocupa um lugar no espaço. Ela se apresenta em porções limitadas que recebem o nome de corpos. Estes podem ser simples ou compostos.

Observação

Existem determinados fenômenos com os quais temos contato na vida diária, que não ocupam lugar no espaço não sendo, portanto, considerados matéria. Exemplos desses fenômenos são o som, o calor e a eletricidade.

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