Lista_Exercicios_20052

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Lista de exercícios 2005/2 
 
EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 1/7
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
EEL7051 – Materiais Elétricos - Laboratório 
 
 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS 
TODO CONTEÚDO 
 
 
 
1) Com relação ao ensaio do fio elétrico, quais são os fatores que determinam a resistência 
elétrica do mesmo. 
 
2) No ensaio do fio elétrico foram realizadas medidas em duas direções perpendiculares entre 
si, porque isso é feito? 
 
3) Um condutor de 50 cm e área de 1,5 mm2 foi pesado, obtendo-se uma massa de 8,15 g. 
Determine a massa específica desse condutor. 
 
4) Explique como é determinada a resistência de isolamento de um condutor. 
 
5) Como é determinada a espessura da isolação de um condutor? 
 
6) Para os condutores com as características dadas na tabela abaixo, verifique se os mesmos 
estão de acordo com a norma específica. 
 
Características dos condutores ensaiados 
Grandeza Fio 1 Fio 2 Fio 3 
Seção nominal 1 mm2 1,5 mm2 2,5 mm2 
Horizontal 1,81 mm 2,00 mm 2,68 mm De Vertical 1,80 mm 2,18 mm 2,69 mm 
Horizontal 1,21 mm 1,50 mm 1,87 mm Df Vertical 1,20 mm 1,49 mm 1,88 mm 
Resistência de isolamento 33,0 MΩKm 25,0 MΩKm 28,5 MΩKm 
Comprimento da amostra para 
determinar a massa específica e a 
resistência elétrica 
0,5 m 
Massa 4,43 g 6,67 g 11,10 g 
Temperatura ambiente 25 oC 
Resistência elétrica 0,0100 Ω 0,0050 Ω 0,0045 Ω 
 
 
As tabelas e fórmulas a seguir foram obtidas das normas específicas. 
20
1000 [ / ]t tR kR km
l
⋅ ⋅= Ω 
185 log [ ]i
DeR M Km
Df
⎛ ⎞= ⋅ Ω⎜ ⎟⎝ ⎠ 
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2 20,7854 [ ]S Df mm= ⋅ 
3[ ]v l S m= ⋅ 
3[ / ]m kg m
v
μ = 
 
NBR 6880 
Tabela A.6 – Fatores de 
correção de temperatura 
t [oC] Kt 
20 1,000 
21 0,996 
22 0,992 
23 0,988 
24 0,985 
25 0,981 
26 0,977 
27 0,973 
28 0,970 
 
 
NBR 6814 
Tabela 2 – Espessuras da isolação 
Seção do 
condutor 
[mm2] 
Espessura da isolação 
[mm] 
1 0,6 
1,5 0,7 
2,5 0,8 
4 0,8 
 
NBR 6880 
Tabela A.1 – Classe 1 – Condutores sólidos 
Resistência elétrica máxima do condutor a 20 oC Seção nominal 
[mm2] Fio Nu 
[Ω/km] 
Fio Revestido 
[Ω/km] 
1 18,1 18,2 
1,5 12,1 12,2 
2,5 7,41 7,56 
4 4,61 4,70 
 
NBR 6880 
Tabela A.7 – Diâmetros máximos dos condutores circulares de cobre 
Seção nominal 
[mm2 
Classe 1 
Condutores sólidos 
[mm 
Classe 2 
Condutores encordoados 
[mm 
1 1,2 1,4 
1,5 1,5 1,7 
2,5 1,9 2,2 
4 2,4 2,7 
 
a) Determine se os condutores atendem a norma quanto à resistência elétrica. 
 
b) Verifique se a espessura da isolação dos condutores está de acordo com a norma específica. 
 
c) Determine se os diâmetros máximos dos condutores estão de acordo com a norma. 
 
d) Calcule a área da seção transversal dos condutores e verifique se a mesma condiz com o 
valor nominal. 
 
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e) Verifique se a massa específica dos condutores está de acordo com a norma NBR 5111, que 
indica para o cobre a 20 oC uma massa específica de 8890 kg/m3. 
 
f) Verifique se a resistência de isolamento dos condutores ensaiados está de acordo com a 
norma. 
 
Obs. Os valores utilizados neste exercício são fictícios, ou seja, não foram obtidos em 
laboratório. Desta forma, podem ocorrer distorções em relação aos valores da norma ou em 
relação aos valores obtidos nos ensaios. 
 
7) Que cuidados devem ser tomados ao realizar o ensaio de rigidez dielétrica do óleo isolante? 
 
8) Entre uma medida e outra, no ensaio de rigidez dielétrica do óleo isolante, deve-se aguardar 
de 2 a 3 minutos, porque isso deve ser feito? 
 
9) Os valores obtidos durante um ensaio de rigidez dielétrica de um óleo isolante de 25 kV 
foram: 25,1 kV, 25,6 kV, 28,7 kV, 26,3 kV e 26,7 kV. Faça a análise matemática dos dados e 
determine se a qualidade do óleo isolante no que concerne à rigidez dielétrica está normal. 
 
5
1
1
5 ii
x x
=
= ∑ ( ) ( )5 52 22
1 1
1 1 5
4 4i ii i
s x x x x
= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − = − ⋅⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠∑ ∑ 
 
10) Descreva como é realizado o ensaio de resistência de isolamento medida nas bancadas do 
laboratório. Como a resistência se comporta com a inserção de bancadas. 
 
11) Descreva o funcionamento do disjuntor termomagnético com auxílio da curva mostrada 
na Fig. 01. 
 
12) Foram medidas as resistências de resistores integrados (Chip 01), obtendo-se os dados da 
tabela abaixo. Determine a resistência de folha ( / tρ ) para estes resistores. 
 
lR
t w
ρ ⋅= ⋅ resistividadeρ = ; comprimentol = ; espessurat = ; larguraw = 
 
Resistor 
Resistência 
medida 
[Ω] 
Largura 
[μm] 
Comprimento 
[μm] 
Resistência de 
folha 
[Ω] 
R1 1120 30 840 
R2 1121 30 840 
R3 2250 30 1680 
R4 31,30 10 10150 
R5 1169 60 1680 
 
 
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Fig. 1 - Curva característica de um disjuntor comercial. 
 
13) Explique o que é a resistência de folha ( / tρ ). 
 
14) Comente a respeito da resistência de materiais condutores, isolantes e semicondutores. 
 
15) Esboce a curva tensão versus corrente de um diodo semicondutor e comente sobre a 
operação do mesmo. 
 
16) Um diodo sempre estará bloqueado ao ser polarizado reversamente? 
 
17) Um fotodiodo foi iluminado intensamente e mediu-se a tensão em seus terminais, 
obtendo-se o valor de 0, 515 V. O resistor ligado ao fotodiodo tinha uma resistência de 120 
kΩ. Determine: 
 
a) As dimensões do fotodiodo são de 0,8 mm por 0,4 mm. Calcule a potência por mm2 e por 
m2 deste fotodiodo. 
 
b) Qual a área de semicondutor necessária para gerar uma potência de 1 W. Comente sua 
resposta com relação à utilização de fotodiodos para geração de eletricidade. 
c) Um painel de 1 m2 de material semicondutor teria a capacidade de gerar que potência 
elétrica? 
 
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18) Esboce a função de transferência (tensão de saída versus tensão de entrada) de uma porta 
lógica inversora implementada com transistores integrados do tipo CMOS. Comente sobre o 
comportamento desta curva. 
 
19) Explique o funcionamento dos seguintes circuitos. 
 
a) Circuito de polarização de um diodo. 
 
Vi
R1
2k2
R2
500r
D1
R3
1k
V1 V2
Vd -+
Id
 
 
b) Inversor lógico. 
 
0
SaídaEntrada
+5V
N1
P1
14
15
13
1D
G
G
S
D
S
 
 
c) Porta lógica NAND. 
 
0
Saída
N1
P1
N2
P2
+5V +5V
A
B G
S
D
G
D
S
D
G
SS
D
G
15
1
13
12
8
14
3
16
2
 
 
 
 
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d) Porta lógica NOR. 
 
N2 S
G
D
P1
0
14
13
1
15 3
12
8
16
2
G
0
P2
Saída
N1
+5V
A
B
G
D
S
G
S
D
S
D
 
 
20) Com base na figura abaixo, explique as diferenças entre os valores das resistências 
tomadas entre diferentes terminais, para um resistor integrado levemente dopado. 
 
 
 
Resistor R9 
Pinos Resistência [Ω] 
8 1320 
9 2300 
10 1630 
11 2300 
12 
13 
1320 
 
 
21) Para o resistor (R9) da questão anterior, a resistência entre o terminal 9 e 13 é 2300 Ω, 
que é igual à resistência entre os terminais 11 e 13. Se ligarmos os terminais 9 e 11 juntos e 
medirmos a resistência em relação ao terminal 11, o valor encontrado será maior ou menor 
que 2300 Ω? 
 
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22) As dimensões do resistor de filme metálico do Chip 01 sãode 10150 μm por 10 μm e o 
mesmo possui uma resistência de 31 Ω. Já um resistor com semicondutor tipo p fortemente 
dopado, tendo as dimensões de 840 μm por 30 μm tem uma resistência de 1140 Ω. Comente a 
respeito da área dos resistores e de suas respectivas resistências.