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ELETROTÉCNICA Rodrigo Rodrigues Catalogação na publicação: Poliana Sanchez de Araujo – CRB 10/2094 S719e Souza, Diogo Braga da Costa. Eletrotécnica [recurso eletrônico] / Diogo Braga da Costa Souza, Rodrigo Rodrigues. – Porto Alegre : SAGAH, 2017. Editado como livro em 2017. ISB N 978-85-9502-055-9 1. Eletrotécnica. 2. Engenharia elétrica. I. Rodrigues, Rodrigo. II. Título. CDU 621.3 Livro_Eletrotecnica.indb IILivro_Eletrotecnica.indb II 06/03/2017 15:20:1306/03/2017 15:20:13 Leis de Ohm e da potência aplicadas à eletrotécnica Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Defi nir a Lei de Ohm e as relações entre corrente, tensão e resistência. Usar a Lei de Ohm para determinar quantidades desconhecidas de tensão, corrente e resistência. Defi nir e aplicar a Lei da Potência e determinar quantidades desco- nhecidas de corrente, tensão, resistência e potência. Introdução Neste capítulo você vai estudar a Lei de Ohm, uma das mais importantes e utilizadas em eletrotécnica. Você vai fixar as unidades de medida das grandezas elétricas já vistas por meio de exemplos práticos da rotina profissional, vendo quais são apropriadas a circuitos elétricos, eletrônicos e microeletrônicos, de modo a evitar erros nos seus resultados. Você vai trabalhar também com a Lei de Potência, para, entre outras aplicações, calcular a perda de potência de equipamentos elétricos. Lei de Ohm A lei de Ohm certamente é a fórmula mais utilizada em eletricidade e eletrô- nica. Por quê? Porque é uma equação simples, que relaciona resumidamente os valores de corrente, tensão e resistência de um circuito elétrico. Antes de George Simon Ohm descobrir sua lei, em 1827, o trabalho com circuitos elétricos era feito seguindo uma abordagem de tentativa e erro. Eletrotecnica_U04_C01.indd 207Eletrotecnica_U04_C01.indd 207 06/03/2017 15:21:3606/03/2017 15:21:36 Ela define a relação entre a corrente, a tensão e a resistência. Segundo Petruzella (2013), a eletricidade sempre age de uma forma previsível, pois, com o uso de diferentes leis para circuitos elétricos, conseguimos prever o que vai acontecer em um circuito, ou diagnosticar por que as coisas não estão funcionando como deveriam. A lei de Ohm pode ser resumida da seguinte forma: A corrente (I) em um circuito é diretamente proporcional à tensão aplicada (E) e inversamente proporcional à resistência do circuito (R). Isso quer dizer que a lei de Ohm estabelece que a corrente em um circuito elétrico depende de duas coisas: da tensão aplicada ao circuito; da resistência no circuito. Se você comparar os circuitos da Figura 1 será mais fácil entender a relação entre tensão e corrente. Os três circuitos têm a mesma resistência fixa (10 Ω). Note que, quando a tensão é aumentada ou diminuída (25 ou 10 V), há um aumento ou uma redução diretamente proporcional no valor de fluxo de corrente (de 3 para 1 A). A corrente, portanto, é diretamente proporcional à tensão. Figura 1. O efeito de variações na tensão sobre a corrente. Fonte: Petruzella (2013, p. 182). Eletrotécnica208 Eletrotecnica_U04_C01.indd 208Eletrotecnica_U04_C01.indd 208 06/03/2017 15:21:3706/03/2017 15:21:37 Caso a tensão seja mantida constante, a corrente irá variar conforme as mudanças de resistência, mas no sentido oposto, como mostram os circuitos da Figura 2. Figura 2. Efeito de variaç õ es na resistência sobre a corrente. Fonte: Petruzella (2013, p. 182). Os três circuitos têm a mesma tensão fixa (25 V). Veja que, quando a resistência é aumentada de 10 para 20 Ω, a corrente reduz de 2,5 para 1,25 A. Do mesmo modo, quando a resistência é reduzida de 10 para 5 Ω, a corrente aumenta de 2,5 para 5 A. A corrente, portanto, é inversamente proporcional à resistência. Matematicamente, a lei de Ohm pode ser expressa sob a forma de três fórmulas: uma fórmula básica e duas outras derivadas dela. Sabendo dois dos valores, como tensão, corrente ou resistência, é possível encontrar o terceiro valor. Veja as três formas de expressá -la matematicamente, conforme o triângulo de Ohm (Figura 3): Encontrar a tensão: a tensão é igual à corrente multiplicada pela resistência. Encontrar a corrente: a corrente é igual à tensão dividida pela resistência. 209Leis de Ohm e da potência aplicadas à eletrotécnica Eletrotecnica_U04_C01.indd 209Eletrotecnica_U04_C01.indd 209 06/03/2017 15:21:3706/03/2017 15:21:37 Encontrar a resistência: a resistência é igual à tensão dividida pela corrente. Figura 3. Triângulo da lei de Ohm. Fonte: Petruzella (2013, p. 189). 1. Calcule I quando: 2. Calcule R quando: Eletrotécnica210 Eletrotecnica_U04_C01.indd 210Eletrotecnica_U04_C01.indd 210 06/03/2017 15:21:3706/03/2017 15:21:37 É importante usar corretamente as unidades de medida ao aplicar as equa- ções matemáticas da lei de Ohm a um circuito. A mistura inadequada de unidades resultará em respostas incorretas. Veja algumas combinações comuns de unidades que podem ser usadas para diferentes tipos de circuitos: Circuitos elétricos I = corrente em ampères (A) E = tensão em volts (V) R = resistência em ohm (Ω) 3. Calcule E quando: Considere o circuito da figura a seguir. Supondo que um aquecedor elétrico portátil com uma resistência de 15 Ω é diretamente conectado a uma tomada elétrica de 120 VCA, como mostrado. O fluxo de corrente neste circuito é : Corrente = Tensão / Resistência. 211Leis de Ohm e da potência aplicadas à eletrotécnica Eletrotecnica_U04_C01.indd 211Eletrotecnica_U04_C01.indd 211 06/03/2017 15:21:3806/03/2017 15:21:38 Circuitos eletrônicos I = corrente em miliampères (mA) E = tensão em volts (V) R = resistência em ohm (Ω) Considere o circuito da figura a seguir. Suponha que um resistor de 10 kΩ é conectado à bateria de 12 V, como mostrado. O fluxo de corrente neste circuito é : Fonte: Petruzella (2013, p. 185). Fonte: Petruzella (2013, p. 184). Eletrotécnica212 Eletrotecnica_U04_C01.indd 212Eletrotecnica_U04_C01.indd 212 06/03/2017 15:21:3806/03/2017 15:21:38 Circuitos microeletrônicos I = corrente em microampères (μA) E = tensão em volts (V) R = resistência em megaohm (MΩ) Considere o circuito da figura a seguir. Suponha que o fluxo de corrente por meio do resistor seja 2 μA, como mostrado. A tensão no resistor foi medida encontrando-se 9 V. O valor da resistência do resistor neste circuito é : R = E/I = 9V/2 μA = 4,5 MΩ Fonte: Petruzella (2013, p. 188). Conforme Petruzella (2013), os circuitos eletrônicos e microeletrônicos operam em valores de corrente bem mais baixos do que os circuitos elétricos. Isso ocorre principalmente porque eles, em geral, possuem valores de resistência muito maiores. Se a resistência destes circuitos é expressa em quilohms ou megaohms, e a tensão em volts, é possível calcular a corrente diretamente em miliampè res ou microampères: 213Leis de Ohm e da potência aplicadas à eletrotécnica Eletrotecnica_U04_C01.indd 213Eletrotecnica_U04_C01.indd 213 06/03/2017 15:21:3806/03/2017 15:21:38 Em circuitos eletrônicos e microeletrônicos de baixas correntes, se a re- sistência desses circuitos é expressa em quilohms ou megaohms, e a corrente em miliampè res ou microampères, a tensão pode ser calculada diretamente como segue: Nos circuitos eletrônicos, realizar o cálculo da resistência dos resistores às vezes é mais conveniente do que medi-la com um ohmí metro. Isso se os valores de corrente e de tensão forem conhecidos. A corrente pode ser expressa em miliampè res ou microampères. Quando esse for o caso, a resistência é encontrada usando a combinação comum de: Potência elétrica A potência elétrica P, usada em qualquer parte de um circuito, é igual à cor- rente I e multiplicada pela tensão E nessa parte do circuito. A fórmula para o cálculo da potência é (GUSSOW, 2009): Onde: P = potência, W E = tensão, V I = corrente, A Outras formas para P = EI são:Se a corrente I e a resistência R são conhecidas, mas não conhecemos a tensão E, podemos encontrar o valor da potência P utilizando a lei de Ohm para a tensão. Assim, substituindo E = IR na equação, temos: Do mesmo modo, se for conhecida a tensão E e a resistência R, mas a corrente I não, podemos encontrar o valor da potência P por meio da lei de Ohm para a corrente. Assim, substituindo I = E/R na equação, temos: Eletrotécnica214 Eletrotecnica_U04_C01.indd 214Eletrotecnica_U04_C01.indd 214 06/03/2017 15:21:3806/03/2017 15:21:38 Se duas das grandezas são conhecidas, poderemos calcular a terceira. 1. Considere o circuito da figura a seguir, supondo que uma corrente de 30 A está sendo fornecida a um fogão elétrico, como mostrado na figura. A resistência total do fio utilizado para fornecer essa corrente é 0,1 Ω. A potência perdida no fio neste circuito é : Potência = Corrente2 × Resistência Fonte: Petruzella (2013, p. 190). 2. Considere o circuito da figura a seguir, supondo que um resistor de 48 Ω é conec- tado a uma fonte de 6 V, como mostra a figura. A potência que deve ser dissipada pelo resistor neste circuito é : Potência = Tensão2 / Resistência Fonte: Petruzella (2013, p. 191). 215Leis de Ohm e da potência aplicadas à eletrotécnica Eletrotecnica_U04_C01.indd 215Eletrotecnica_U04_C01.indd 215 06/03/2017 15:21:3806/03/2017 15:21:38 Para evitar o sobreaquecimento de um resistor, sua potência nominal deve ser cerca de duas vezes a potência calculada a partir de uma fórmula de potência. Desse modo, o resistor usado neste circuito deve ter uma potência nominal de cerca de 2 W. 1. A Lei de Ohm afirma que: a) A corrente é diretamente proporcional à resistência e inversamente proporcional à tensão. b) A tensão é diretamente proporcional à corrente e inversamente proporcional à resistência. c) A corrente é diretamente proporcional à tensão e inversamente proporcional à potência. d) A tensão é diretamente proporcional à resistência e inversamente proporcional à corrente. e) A corrente é diretamente proporcional à tensão e a resistência. 2. Qual é a corrente consumida por um desembaçador traseiro de carro com 0,75 Ohm de resistência quando conectado a uma fonte de 12v da bateria? a) 9 ampéres. b) 12 ampéres. c) 16 ampéres. d) 18 ampéres. e) 20 ampéres. 3. Qual é a resistência de um elemento do ferro de soldar que conduz uma corrente de 4 ampères quando conectado a uma tomada elétrica de 120v? a) 480 Ohms. b) 360 Ohms. c) 260 Ohms. d) 160 Ohms. e) 30 Ohms. 4. A leitura do wattímetro no circuito a seguir é: a) 1,2 watt. b) 12 watts. c) 120 watts. d) 1,2 quilowatt = 1200 watts. e) 12 quilowatts. 5. A perda de potência na fiação do fogão conforme mostrado a seguir é: a) 90 watts. b) 60 watts. c) 40 watts. d) 20 watts. e) 10 watts. Eletrotécnica216 Eletrotecnica_U04_C01.indd 216Eletrotecnica_U04_C01.indd 216 06/03/2017 15:21:3806/03/2017 15:21:38 GUSSOW, M. Eletricidade básica. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. (Coleção Schaum). PETRUZELLA, F. D. Eletrotécnica II. Porto Alegre: AMGH, 2013. (Série Tekne). 217Leis de Ohm e da potência aplicadas à eletrotécnica Eletrotecnica_U04_C01.indd 217Eletrotecnica_U04_C01.indd 217 06/03/2017 15:21:3806/03/2017 15:21:38 Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual da Instituição, você encontra a obra na íntegra. Conteúdo:
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