Componentes de um circuito

Componentes de um circuito

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Neste capítulo serªo apresentados os conceitos bÆsicos utilizados no estudo dos circuitos elØtricos, principalmente em circuitos de corrente contínua.

I.1 Corrente

A proposiçªo bÆsica de um circuito elØtrico Ø a de mover ou transferir cargas atravØs de um percurso especificado. A este movimento de cargas dÆ-se o nome de Corrente Elétrica.

Quando 6,242x1018 elØtrons atravessam em um segundo, com velocidade uniforme, uma seçªo reta de um condutor qualquer, diz-se que este escoamento de carga corresponde a 1 ampere. A unidade de corrente Ø o Ampere (A). Formalmente pode-se definir Corrente ElØtrica como a taxa de variaçªo no tempo da carga, ou seja: dt dqi=.

Na teoria de circuitos a corrente Ø geralmente imaginada como movimento de cargas positivas. Esta convençªo foi estabelecida por Benjamin Franklin que imaginou que a corrente trafegava do positivo para o negativo. Sabe-se atualmente que a corrente num condutor metÆlico representa o movimento de elØtrons que se desprendem das órbitas dos Ætomos do metal. Desta forma deve-se distinguir a corrente convencional usada na teoria de redes elØtricas, dada pelo movimento de cargas positivas, da corrente eletrônica dada pelo movimento de elØtrons.

I.2 Tensão

O escoamento de cargas descrito anteriormente Ø causado por uma pressªo externa ligada à energia que as cargas possuem em virtude de suas posiçıes. A esta pressªo dÆ-se o nome de Energia Potencial ElØtrica. No interior de uma bateria, reaçıes químicas fazem com que cargas negativas (elØtrons) se acumulem em um dos terminais, enquanto as cargas positivas (íons) se acumulam no outro, ficando estabelecido desta maneira uma diferença de potencial elØtrico entre os terminais.

Cargas podem ser levadas a um nível de potencial mais alto atravØs de uma fonte externa que realize trabalho sobre elas, ou podem perder energia potencial quando se deslocam em um circuito elØtrico. Em qualquer destes dois casos, pode-se dizer por definiçªo que: Existe uma diferença de potencial de 1 volt (V) entre dois pontos se acontece uma troca de energia de 1 joule (J) quando se desloca uma carga de 1 coulomb (C) entre estes dois pontos , ou seja, quando for necessÆrio gastar uma quantidade de energia igual a 1 joule para deslocar uma carga de 1 coulomb de uma posiçªo x para uma posiçªo y qualquer, a diferença de potencial, ou tensªo, entre estes dois pontos Ø de 1 volt. A diferença de potencial entre dois pontos de um circuito Ø portanto um indicador da quantidade de energia necessÆria para deslocar uma carga entre dois pontos. De um modo mais geral a diferença de potencial entre dois pontos Ø definida por:

Unidades SI: Trabalho: Joule (J)

Carga: Coulomb (C) Tensªo: Volt (V)

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Eletrotécnica Geral – I. Componentes de Circuitos

Fontes sªo dispositivos que fornecem energia a um sistema, em nosso caso um circuito elØtrico. Denomina-se uma fonte como sendo Fonte de Corrente Contínua (C) quando o fluxo das cargas Ø unidirecional e constante para um período de tempo considerado. JÆ quando as cargas fluem ora num sentido, ora noutro, repetindo este ciclo com uma freqüŒncia definida denomina-se a esta fonte de Fonte de Corrente Alternada (CA).

Denomina-se Fonte Ideal uma fonte que fornece uma tensªo ou corrente a uma carga independentemente do valor da carga a ela conectada. A seguir, a esquerda sªo apresentados os símbolos utilizados para a representaçªo de fontes de tensªo (C e CA) e fontes de corrente (C e CA).

i ou Ii ou I e Uma Fonte de Tensão Ideal Ø um dispositivo que apresenta uma tensªo constante em seus terminais independente da corrente solicitada por uma carga a ela conectada.

Uma Fonte de Corrente Ideal Ø um dispositivo que quando tem uma carga conectada a seus terminais mantØm uma corrente constante nestes, mesmo que ocorram variaçıes de diferença de potencial entre os terminais causadas pela carga a ela conectada.

Na realidade nªo existem fontes ideais. Entretanto, em muitos casos, o modelo ideal Ø suficientemente representativo para ser utilizado. Quando nªo se pode utilizar uma fonte ideal, a fonte Ø representada atravØs de uma fonte ideal modificada.

Existe um segundo conjunto de fontes, nas quais a tensªo ou corrente Ø uma funçªo da tensªo ou corrente em outra parte do circuito. Estas fontes sªo denominadas fontes controladas. A seguir, a esquerda sªo apresentados os símbolos utilizados para a representaçªo de fontes controladas de tensªo e corrente.

As fontes controladas existem em dispositivos físicos como geradores e transistores, No gerador, a tensªo induzida em um enrolamento Ø uma funçªo da corrente em outro enrolamento. No transistor Ø funçªo da polarizaçªo do circuito que o contØm.

Em circuitos o símbolo E, utilizado para a representaçªo da diferença de potencial (tensªo) entre dois pontos, algumas vezes Ø acompanhado de subscritos para designar especificamente entre quais pontos a diferença de potencial estÆ estabelecida. Assim:

E = 10 V

E= 10 V ab

E=10 VAB Exemplo 1:

-5 V

Em (a) o terminal A Ø +5V sobre o terminal B ou o terminal A tem um potencial de 5V acima do potencial do terminal B.

Em (b) o terminal B estÆ -5V acima do terminal A ou seja o terminal A continua com um potencial de 5V acima do potencial do ponto B.

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Eletrotécnica Geral – I. Componentes de Circuitos

Como a polaridade do terminal deve ser levada em consideraçªo, em (b) tem-se:

EBA = - 5 V Como EBA = - EAB Tem-se:-EAB = - 5 V Que conduz a: EAB = 5 V

I.4 Resistência

À movimentaçªo de cargas atravØs de qualquer material, existe uma força de oposiçªo em muitos aspectos semelhante ao atrito mecânico. Esta oposiçªo, resultado das colisıes entre elØtrons e entre elØtrons e Ætomos do material, converte energia elØtrica em calor e Ø chamada Resistência do material, ou seja, a ResistŒncia Ø a propriedade dos materiais de se opor ou resistir ao movimento dos elØtrons. Assim, para que elØtrons possam passar atravØs de um material Ø necessÆria a aplicaçªo de uma tensªo para fazer passar a corrente. A unidade de medida da resistŒncia Ø o ohm (Ω). Na teoria de circuitos, o elemento que implementa o conceito de resistŒncia apresentado acima Ø denominado Resistor. O símbolo utilizado para a representaçªo do resistor pode ser visto abaixo.

Num condutor elØtrico, a resistŒncia varia com a Ærea da seçªo transversal (S) e com o comprimento do condutor (l) ou seja:

S Rlρ= ρ: resistividade do material (Ω . m).

l: comprimento (m) S: seçªo reta (m2)

Bons condutores possuem uma resistividade próxima a 10-8 Ω.m. Sªo denominados isolantes os materiais cuja resistividade Ø maior que 1010 Ω.m. Os materiais com resistividade entre 10-4 e 10-7 Ω.m sªo denominados semicondutores. A tabela abaixo apresenta a resistividade de alguns materiais a 20°C.

Material Resistividade Alumínio 2,83 x 10 -8 Ω.m

Cobre 1,72 x 10 -8 Ω.m Prata 1,64 x 10 -8 Ω.m Ferro 12,3 x 10 -8 Ω.m

A resistŒncia varia com a temperatura. Aumentando-se a temperatura, aumenta-se a resistividade do material. Nos semicondutores (Ex.: silício e germânio), as resistŒncias diminuem com os aumentos de temperaturas.

O inverso da resistŒncia Ø denominado Condutância (G) e a unidade utilizada para a condutância no SI Ø denominada Siemens. Matematicamente tem-se que: R G1=.

I.5 Lei de OHM

Conforme explicado acima, ao se tentar movimentar cargas em um condutor elØtrico irÆ aparecer uma força de oposiçªo denominada resistŒncia. A força que irÆ fazer com que as cargas

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Eletrotécnica Geral – I. Componentes de Circuitos se movimentem mesmo com a presença desta força de oposiçªo Ø a diferença de potencial, ou tensªo. A relaçªo existente entre estes trŒs componentes, tensªo, corrente e resistŒncia foi introduzida por George Simon Ohm e Ø dada por:

Ω)(ohms,I ER=

O circuito da figura abaixo apresenta estes trŒs componentes sendo que a direita se apresenta as trŒs formas, com respectivas unidades, nas quais se pode representar as relaçıes entre essas trŒs grandezas.

Ω)(ohms,I ER=

V)(volts,RIE=

A)(amperes,R EI=

I.6 Potência e Energia Elétrica

Potência Ø uma grandeza que mede quanto trabalho (conversªo de energia de uma forma em outra) pode ser realizado em um certo período de tempo. Como exemplo pode-se citar um grande motor elØtrico que por ter uma potŒncia maior que a de um pequeno motor elØtrico consegue converter mais rapidamente uma mesma quantidade de energia elØtrica em energia mecânica.

Como a energia, no sistema internacional, Ø medida em Joules (J) e o tempo em segundos (s), a unidade da potŒncia Ø joules/segundo (J/s). Esta unidade em sistemas elØtricos e eletrônicos recebeu o nome de watt (W), ou seja: 1 watt = 1 joule/segundo (J/s). A definiçªo de potŒncia mØdia pode ser expressa da seguinte maneira:

J/s)undojoules/segW,(watts,t WP=

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