livro ELETROTÉCNICA - JORGE

(Parte 2 de 4)

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Atividades:

Resolva e encontre o valor das variáveis: 1- 2x + 8 = 10 2- 3y - 15 = 0 3- 3 + 4x = x + 9 4- 20z – z = 190 5- y -5y + 20 = 8

Encontre as raízes das equações:

Encontre as equações das retas: 1- Marcar os pontos P = (1; 2) e Q = (3; 5) no plano cartesiano e encontre a equação da reta:

2- Qual o coeficiente angular da equação da reta: y = 4x – 3:

3- Desenhar a reta no plano cartesiano cuja equação é 6x + 9y = 9:

4- Um equipamento resebe o sinal de um sensor de 0 a 10 Volts (variável no eixo y) , que corresponde a corrente de 0 a 100 A (variável no eixo y); determinar a equação da reta para encontrar uma Corrente correspondente quando o sensor mandar uma tensão de 5 Volts:

5- Um metro de um determinado fio condutor utilizado para fazer resistência de chuveiro elétrico tem a resistência 0,2 Ω. Calcular quantos metros de fio é necessário para ter uma resistência de 10 Ω utilizados na fabricação do chuveiro elétrico. Resolver o problema utilizando a equação da reta:

Eletrostática:

Para introduzir o aluno nos conceitos relacionados à eletricidade e aos circuitos elétricos vamos identificar e executar cálculos com grandezas elétricas fundamentais, saber caracterizar os componentes e circuitos elétricos, aprender a fazer associações de componentes e calcular valores a ele associados, aprenderemos a ler e desenhar esquemas e diagramas de circuitos elétricos básicos, elaborar relatórios técnicos com base nos experimentos em laboratório e interpretar circuitos resistivos, indutivos e capacitivos, aplicados à corrente continua e alternada.

façam os exercícios com dedicação e tirem suas dúvidas com o professor

O Capítulo começa com o sistema de medidas elétricas, com: corrente, tensão, potência, carga e energia. Logo estudaremos o conceito de resistência e resistor, circuitos com resistores alimentados com fontes de tensão e de corrente. Depois estudaremos a análise e teoria de circuitos resistivos e veremos as características e comportamento dos circuitos RLC com resistores, indutores e capacitores. Analisaremos a potência em circuitos alimentados com tensão senoidal e circuitos alimentados por sistemas trifásicos. Leiam com atenção todo o conteúdo,

Quando precisarmos contabilizar uma altura, peso ou quaisquer outras medidas, utilizamos unidades conhecidas e para este curso vamos utilizar a SI (Sistema Internacional de Unidade) que são formadas por nove unidades básicas e que dão origem às outras unidades de medida (Carga Elétrica, Potência, resistência, Condutância, Indutância, Capacitância, Frequência, Força, Trabalho, Potencial, Fluxo Magnético e Intensidade de Fluxo Magnético).

Para o nosso curso, vamos utilizar doze “Unidades de Medidas Derivadas” usadas em medidas elétricas e que vão nos auxiliar a mensurar os cálculos apresentados no decorrer do curso.

Algumas unidades de medida (Resistência, Capacitância, Indutância, Corrente e tensão elétrica) apresentam valores ou muito pequenos ou muito grandes e para facilitar os cálculos utilizamos letras antes dos símbolos, representando múltiplos (letras maiúsculas) e submúltiplos (letras minúsculas) respectivamente.

Por exemplo: 1cm = 10-2 m = 0.01m verificamos que as unidades de medida assumem valores muito baixo ou muito alto, e utilizamos letras que representam múltiplos e submúltiplos.

SI: Sistema Internacional de Medidas

MEDIDA UNIDADE SÍMBOLO Comprimento metro M

Massa kilograma Kg Tempo segundo S Corrente Ampère A Temperatura Kelvin K Quantidade da Substância mole Mol Intensidade da Luz candela Cd Ângulo Plano radiano Rad Ângulo Sólido Steradiano Sr

Unidades de Medidas Derivadas do SI MEDIDA UNIDADE SÍMBOLO Carga elétrica Coulomb C

Potencial Volt V Resistência Ohm Ω Condutância Siemens S Indutância Henry H Capacitância Farad F Frequência Hertz Hz Força Newton N Trabalho Joule J Potência Watt W Fluxo Magnético Weber Wb Densidade de Fluxo Tesla T

Carga Elementar, Condutores, Eletrificação e Campo Elétrico:

Carga Elementar (ou carga elétrica): para entender este termo, vamos que lembrar que quando ouvimos falar que um circuito ou sistema alimenta uma determinada máquina elétrica, essa máquina realizará um trabalho elétrico e está nos informamos que esse equipamento deve receber uma quantidade de energia para produzir algum trabalho. Essa energia é representada por uma quantidade de elétrons (carga elétrica) que alimenta a máquina por um período de tempo.

O elétron tem uma carga elétrica igual a 1,602 * 10-19C (Coulomb). Convenciona-se que os elétrons têm cargas elétricas negativas e na falta de elétrons temos cargas positivas.

Eletrização:

transferindo cargas elétricas positivas ou positivas para o outro corpo

Todo corpo no meio ambiente procura uma estabilidade elétrica de acordo onde ele se encontra, mas dizemos que um corpo está com carga elétrica positiva quando ocorre um desequilíbrio na perda de elétrons, e assim vale quando dizemos que um corpo está eletrizado negativamente, onde por algum motivo esse corpo está com maior quantidade de elétrons que normalmente. O desequilíbrio de elétrons pode ser provocado pelo atrito entre dois corpos com propriedades elétricas diferentes, fazendo com que um dos corpos roube elétrons do outro, podendo acontecer também pelo contato, para isso um dos corpos já está em desequilíbrio,

Campo Elétrico:

O núcleo do átomo é composto por prótons e nêutrons e em sua volta giram elétrons. Os elétrons são partículas que tem como característica um campo elétrico em sua volta, podemos comparar o elétron como o fogo de uma vela e o campo elétrico ao calor dissipado pela vela. O campo elétrico de um elétron pode ser medido dividindo a força de atração ou repulsão de um corpo eletrizado pela quantidade de elétrons desequilibrados desse corpo.

Um corpo pode está eletricamente estável (onde a quantidade de elétrons é igual a quantidade de prótons dos elementos nele constituídos) ou eletricamente instável (podendo ser natural = descargas atmosféricas, ou eletricidade estática; ou artificial = geradores de tensão, como: dínamos, pilhas, baterias, geradores, células químicas ou fotovoltaicas).

O campo elétrico de um elétron repulsa outros elétrons; e dependendo da quantidade de campo elétrico envolvido, podemos deslocar por repulsão em um meio condutor uma quantidade determinada de elétrons, sendo chamada de tensão elétrica ou potencial elétrico cuja unidade de medida é o Volts e o movimento ordenado de uma quantidade de elétrons em um meio condutor é chamado de corrente elétrica com unidade de medida em Ampères. Por definição a Corrente Elétrica é a quantidade de elétrons (Carga elétrica, cuja unidade é o Coulomb) que passa em um meio condutor por um determinado tempo.

Essas características serão estudadas no decorrer do curso

Devemos sempre interpretar a fórmula para que possamos entender e utilizar de forma adequada, assim sendo, a corrente elétrica é proporcional à quantidade de carga que passa por um período de tempo. O controle do movimento dos elétrons possibilitou a construção de equipamentos que utilizam as características da corrente elétrica: 1- Movimento ordenado de elétrons; 2- Intensidade da corrente elétrica; 3- Sentido da corrente elétrica; 4- Corrente alternada, pulsante e contínua; 5- Efeitos da corrente elétrica: térmico, magnético, luminoso e químico.

I (A)=Q (C) I=corrente elétrica; Q=carga elétrica e t:tempo, onde: I=Q/t t (s)

Condutores elétricos:

Todo corpo pode conduzir corrente elétrica, necessitando de uma energia mínima para começar a condução de elétrons, com isso são classificados em condutores e isolantes. Quanto menor potencial elétrico necessário para produzir uma corrente elétrica é o que determina o bom condutor elétrico. São considerados isolantes elétricos os materiais que precisão de um elevado potencial elétrico para produzir uma corrente elétrica. Os melhores condutores têm elétrons com mais facilidade de se deslocar e são normalmente metálicos. Materiais metálicos são bons condutores em comparação a madeira, plásticos, vidros, borrachas e cerâmicas, porém alguns desses materiais mudam suas características elétricas quando variam a pressão ou a temperatura (como as cerâmicas), passando de isolantes para serem bons condutores.

Os geradores de tensão elétrica como pilhas, baterias, dínamos e alternadores criam um potencial elétrico que empurra os elétrons já existentes nos condutores elétricos, esses condutores normalmente estão sobre a forma de fios metálicos. Dependendo do valor do potencial elétrico (tensão elétrica) os materiais isolantes começam a conduzir eletricidade (corrente elétrica), por esse motivo os materiais utilizados para isolar condutores elétricos são especificados de acordo com a tensão máxima suportada antes de começar a conduzir eletricidade.

Tensão Elétrica:

Recapitulando: a força necessária para começar o deslocamento dos elétrons (potencial elétrico) é chamada de tensão elétrica e o movimento desses elétrons é chamado de corrente elétrica. Deixamos a definição e explanação de tensão elétrica, para que o aluno já tenha assimilado bem o que é corrente elétrica. A tensão elétrica (também chamada de potencial elétrico) é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. A tensão elétrica é conseguida quimicamente (baterias e pilhas), fisicamente (alternadores, geradores e dínamos) e por células fotovoltaicas, termopares e cristais piezos, ocasionando um efeito de repulsão ou atração de elétrons com uma intensidade controlada, cuja unidade é chamada de Volt. Quando uma tensão elétrica é aplicada em um equipamento, impulsiona uma quantidade de elétrons (corrente elétrica) limitada somente pelo material condutor e\ou pelo equipamento (lâmpada, motor, ferro de engomar roupas, um forno elétrico, um aquecedor, ventilador, etc.).

OBS: para resolvermos as atividades próximas, necessitamos relembrar alguns múltiplos e submúltiplos, que usualmente usamos no nosso dia a dia como auxiliar para representar simplificadamente às unidades de medida. (ex.: Kg, Km, cm, m, etc.).

Múltiplo / Submúltiplo

Prefixo Símbolo

10-9 giga G 106 mega M 103 kilo k 10-2 centi c 10-3 mili m 10-6 micro μ 10-9 nano n 10-12 pico p

Atividades:

1- Naturalmente estamos sempre utilizando os múltiplos e submúltiplos em unidades de medida e vamos agora exercitar o que aprendemos, transcrevendo em símbolos as seguintes unidades de medidas, seguindo o exemplo:

a- Cem quilômetros	= 100 km
b- Dez gramas	=
c- Doze micros segundos	=
d- 69.0 volts	=
e- 15 * 10-3 Ampères	=
f- 0,021 * 109 Ohms	=
g- Mil Watts	=
h- Cinco mil Hertz	=
i- 0,000002 Farad	=
j- 0,015 Henry	=

a- 3.0 mV =	3 V
b- 0,1 H	= _____mH
c- 15 kHz	= _____Hz
d- 1.200Ω	= _ KΩ

h- 2.100 T	= _ kT
i- 0,20 V	= _____mV

2- Utilizando a tabela é fácil transformar um múltiplo ou submúltiplo em uma unidade ou vice-versa, bastando verificar o exemplo: 3 cm = 3 * 10-2 m, podemos observar que para encontrarmos o valor de 3cm em metros, foi substituído o “c” (centi=10-2) e multiplicamos pelo numero para encontrar o valor em metros. Agora faça essas outras transformações: e- 0,002µF = _ nF f- 3.400KW = _ MW g- 1450 mS = _ S j- 1.200 µA = _ mA

3- Sabemos do valor da carga de um elétron, então calcule quantos elétrons tem um objeto com uma carga de 1,602 kC:

4- Se em uma estufa elétrica passam a cada 250 ms uma carga de 1C, calcule a intensidade de corrente elétrica que está passando pela resistência:

5- Calcule a intensidade de corrente elétrica que está alimentando uma lâmpada, sabendo-se que 624,2.1016 elétrons passam a cada segundo:

Potência Elétrica: Potência Elétrica e Queda de tensão:

A potência é a quantidade de energia necessária para realizar um trabalho ou a energia que foi consumida na realização do trabalho. Em termos gerais quanto maior a potência elétrica, maior será o trabalho elétrico realizado. Em circuitos elétricos, essa potência depende da tensão elétrica para impulsionar os elétrons, resultando em determinada transformação de energia elétrica para térmica, ou luminosa ou mecânica. Podemos ver esse trabalho quando ligamos um ferro de engomar roupa, para que esse aparelho funcione, a energia elétrica é transformada em energia térmica, e isso depende do tempo de consumo de energia (elétrons alimentando o aparelho). Quanto maior for a energia transformada, maior será a potência.

Em toda representação de fórmulas físicas e matemáticas, a variável antes da vírgula é sempre proporcional as variáveis depois da vírgula no numerador e inversamente proporcional as variáveis depois da vírgula que estão no denominador.

Na fórmula apresentada vemos que a potência é proporcional à tensão e a corrente. Se elevarmos o valor da tensão ou da corrente a potência aumenta.

Energia elétrica (ou trabalho elétrico):

Quando falamos em energia, estamos falando de uma força necessária para realizarmos algo em um período de tempo, a isso chamamos de Trabalho elétrico e calculamos pela fórmula:

P(w) = V(V) * I(A)

O tempo nessa fórmula é dado em horas: t(h)

Vale salientar que o trabalho realizado necessitou de uma força ao longo de período para a realização de algo (acender uma lâmpada, ligar uma bamba d’água ou aquecer um forno elétrico), e é essa a definição da fórmula apresentada. Observamos que aumentando a potência elétrica em um determinado tempo, aumentamos o trabalho realizado.

Tipos de Fontes, Geradores C e CA:

Quando falamos de fontes, estamos nos referindo aos geradores de potenciais elétricos necessários para impulsionar elétrons em um meio condutor, como pilhas, baterias, geradores eólicos, solares, hidrelétricas, termelétricas, das marés e outras inúmeras fontes capazes de transformar alguma forma de energia em potencial elétrico.

que movimenta o gerador

O gerador converte energia mecânica em energia elétrica, na verdade os geradores utilizam o campo magnético do ímã (que é criado pela organização dos átomos no ímã, criando campos magnéticos organizados e direcionados dos elétrons no ímã) que se encontram em movimento no eixo do gerador para empurrar os elétrons de suas bobinas, trabalhando como uma bomba eletromagnética, que utiliza do campo magnético dos ímãs do gerador e a força mecânica

As pilhas e baterias transformam a energia química em energia elétrica, mantendo uma diferença de potencial entre seus polos de forma constante, possibilitando o fornecimento do movimento de uma quantidade de elétrons (corrente elétrica), também chamados de fontes de força eletromotriz. Dependendo do processo de fabricação dos elementos utilizados nas pilhas e baterias podem ou não serem recarregados novamente, com uma corrente reversa nos seus polos.

Uma pilha não recarregável é constituída de uma célula cujos elementos produzem um potencial elétrico de 1,5V enquanto que uma pilha recarregável, sua célula produz um potencial elétrico de 1,2V. a união de várias células com a mesma capacidade de conduzir uma determinada corrente entre seus polos são chamados de baterias.

W(J) = P(W) * t(h)

As pilhas podem ser classificadas como:

Na figura abaixo observamos pilhas de 1,5 Volts (as pilhar recarregáveis são de 1,2

Volts) que podem ser ligadas em série ou em paralelo, as pilhas em paralelo são chamadas de células e as pilhas em série são chamadas de baterias.

Pilhas de zinco carbono:

Podem ter o formato cilíndrico ou retangular com contatos que precisam de pressão para seu funcionamento. O químico Leclanché desenvolveu a pilha, sendo o polo positivo uma barra de carvão, e dióxido de manganês dentro de um corpo de zinco, servindo de polo negativo. Ainda são as mais utilizadas, chamadas de pilhas secas e são encontradas em três formatos de pilhas (A, A e AA) de 1,5 Volts e baterias de 9 Volts.

Pilhas alcalinas:

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