Prévia do material em texto
REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS APOSTILA DE ELETRICIDADE Curso de Eletrônica Todos os direitos reservados - Lei nº 9.610 de 19/02/98 Proibida a reprodução total ou parcial, por qualquer meio, principalmente por sistemas gráficos, reprográficos, fotográficos, etc., bem como a memorização e/ou recuperação total ou parcial, ou inclusão deste trabalho em qualquer sistema ou arquivo de processamento de dados, sem prévia autorização escrita da TOP Treinamentos. Os infratores estão sujeitos às penalidades da lei, respondendo solidariamente as empresas responsáveis. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 1 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS ÍNDICE DAS LIÇÕES LIÇÃO 01: A MATERIA. * Definição de Matéria * Moléculas * Estados da matéria * Exercício para Memorizar LIÇÃO 02: ÁTOMO * Estrutura do Átomo * Tipos de Átomos * Cargas dos Átomos * Exercício para Memorizar LIÇÃO 03: ELETRICIDADE * Camadas Eletrônicas * Ligações Atômicas * Condutores e Isolantes * Exercício para Memorizar LIÇÃO 04: ELETROSTÁTICA * Introdução sobre eletrostática * Definição * Carga Elementar * Ionização * Quantidade de Carga * Eletrização * Exercício para Memorizar Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 2 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇAÕ 05: PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO * Atrito * Contato * Indução * Terra * Exercício para Memorizar LIÇÃO 06: CAMPO ELÉTRICO * Forças Elétricas * Pilhas * Baterias * Exercício para Memorizar LIÇÃO 07: ELETRODINÂMICA * Corrente Elétrica * Circuito Elétrico * Intensidade da Corrente * Exercício para Memorizar LIÇÃO 08: CORRENTE ELÉTRICA E SEUS EFEITOS * Efeito Térmico * Efeito Fisiológico * Efeito Químico * Efeito Magnético * Exercício para Memorizar Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 3 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 09: RESISTÊNCIA ELÉTRICA * Definição * Como medi-la * Resistividade * Efeitos da Temperatura * Resistores * Lei de Ohm * Exercício para Memorizar LIÇÃO 10: POTÊNCIA ELÉTRICA * Energia Elétrica * Potência Elétrica * Lei de Joule * Exercício para Memorizar Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 4 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 01 – A MATÉRIA Introdução Tudo tem uma origem. A eletricidade origina-se das coisas que nos cercam. Nesta lição você aprenderá de onde vem a eletricidade, aprofundando-se na própria estrutura da matéria. Verá também de que modo a matéria pode ser encontrada na natureza e como ela é organizada. A eletricidade pode se manifestar de maneira natural ou artificial. Apesar de as manifestações artificiais (provocadas intencionalmente pelo trabalho humano) merecerem maior destaque em nossos estudos, existem manifestações naturais que podem afetar nossas vidas, os equipamentos com que trabalhamos e até mesmo nossa saúde. Por isso entender as manifestações naturais é de grande valia para todos os que pretendem conhecer e trabalhar com eletricidade e eletrônica. Esta primeira lição visa fornecer conhecimentos introdutórios a respeito dos seguintes temas: • Definição de matéria. • Estrutura da matéria. • Estados físicos. • Moléculas. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 5 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Definição da Matéria O que hoje conhecemos como eletricidade tem origem na matéria e é explicado pela teoria eletrônica. Segundo a teoria eletrônica, os fenômenos elétricos se devem ao movimento de pequenas partículas, denominadas elétrons. Para entendermos o que é eletricidade, devemos justamente partir do estudo dessas pequenas partículas, consequentemente do estudo da matéria. Tudo que ocupa lugar no espaço chama-se matéria. Os objetos que nos cercam, os mares, o ar que respiramos, são exemplos de matéria. Para entendermos melhor a estrutura da matéria, vamos realizar uma experiência imaginária a partir de um pedaço de metal (por exemplo, um fio de cobre). Inicialmente partimos o fio de cobre ao meio. É óbvio que obteremos dois pedaços de fios menores. Se novamente dividirmos ao meio um pedaço do fio resultante, teremos outros dois pedaços de fio, porém menores. Poderemos prosseguir dividindo ao meio os fios de cobre resultantes por um número enorme de vezes, obtendo fios cada vez menores, que serão ainda de cobre. Agora, pense no seguinte: poderemos fazer esta divisão indefinidamente? A resposta é “não”. Chega um momento em que temos uma porção de cobre tão pequena que ela não mais poderá ser dividida ao meio sem que deixe de ser cobre. Teremos chegado ao limite, ou seja, a menor porção possível de matéria que pode ainda ser cobre. Chegamos à unidade da matéria, ou seja, à partícula menor que a caracteriza e que é denominada átomo (figura). Os átomos são partículas extremamente pequenas. Bilhões deles enfileirados não medem uma fração de milímetro sequer. Nem mesmo os mais poderosos microscópios podem vê-los individualmente. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 6 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 2 - Moléculas No exemplo anterior, usamos um tipo de matéria que denominamos “cobre” para mostrar o que é o átomo. Num pedaço de cobre, encontramos átomos de apenas um tipo: átomos de cobre. O aluno poderia então imaginar que para cada tipo de objeto material encontrado na natureza existe um átomo específico. Teríamos então átomos de água, átomos de madeira, átomos de plástico, etc. No entanto, não é isso que ocorre. A natureza trabalha apenas com uma quantidade limitada de átomos, a partir dos quais todas as coisas podem ser feitas. Devemos, então, classificar as substâncias em dois tipos: aquelas que, como o cobre, formam-se a partir de apenas um tipo de átomo são denominadas substâncias simples; aquelas em que se unem dois ou mais tipos de átomos, como ocorre com a água (átomos de hidrogênio e oxigênio), a madeira (carbono, oxigênio e hidrogênio), o sal de cozinha (cloro e sódio), etc., são denominadas substâncias compostas. As substâncias simples e compostas são formadas por partículas, na verdade grupamentos de átomos (do mesmo tipo ou não) que recebem a denominação de moléculas. Na figura abaixo, observamos moléculas de substâncias simples e de substâncias compostas. 3 - Estados da Matéria A matéria pode ser encontrada em três estados principais: sólido, líquido e gasoso. Estes três estados se devem à manifestação de forças que mantêm as moléculas unidas, as chamadas forças de coesão. Nos gases, as forças de coesão são pequenas, quase nulas, e as moléculas se mantêm livres, podendo se espalhar com facilidade. Um gás, quando colocado num recipiente fechado, espalha-se até ocupá-lo inteiramente de maneira uniforme. Dizemos, portanto, que os gases possuem forma e volume variáveis. Nos líquidos, as forças de coesão são maiores, mantendo as moléculas unidas e o volume definido. No entanto, essas forças não são suficientes para garantir ao líquido uma forma fixa, definida. Por isso ele assume a forma interna do recipiente em que for colocado (uma garrafa de refrigerante, um copo, etc.). Nos sólidos, as forças de coesão são muito grandes, a ponto de manter moléculas firmemente unidas,garantindo à matéria forma e volume definidos. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 7 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS Exercícios de memorização 1 - Qual das afirmativas abaixo não é correta? ( ) a) Todas as substâncias são feitas de átomos. ( ) b) Os átomos de cobre são as menores partículas do material que conhecemos como cobre. ( ) c) Dividindo um átomo de cobre ao meio, teremos duas partículas menores que ainda serão cobre. ( ) d) Sólidos, líquidos e gases são feitos de átomos. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Considerando que nas substâncias simples existe um único tipo de átomo, e que as substâncias compostas são formadas por moléculas com átomos diferentes, podemos dizer que: ( ) a) o cobre é uma substância composta; ( ) b) a água é uma substância simples; ( ) c) a água é uma substância composta; ( ) d) o cobre não é uma forma de matéria; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 3 - “Toda matéria é feita de átomos”. Levando em conta esta afirmação, podemos, com certeza, dizer que: ( ) a) o ar é feito de átomos; ( ) b) a água não é feita de átomos; ( ) c) somente os sólidos são feitos de átomos; ( ) d) quando o gelo derrete, ele deixa de ser feito de átomos; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 8 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 02 – O Átomo Introdução Na lição anterior, estudamos que tudo que ocupa lugar no espaço é matéria, e que toda matéria é composta de átomos. Também vimos que a matéria pode ser encontrada em três estados fundamentais, e que ela é organizada em agrupamentos de átomos denominados moléculas. Agora penetraremos um pouco mais na estrutura da matéria, até chegarmos à origem da eletricidade. Esta origem está justamente nas partes que formam o átomo, o que nos leva a estudar em pormenores a sua estrutura. O objetivo desta lição é: • Que você conheça a estrutura do átomo; • Saiba em que parte dele estão as partículas carregadas de eletricidade; • Saiba quais são estas partículas e em que quantidades elas aparecem no átomo; • Compreenda por que a eletricidade dos átomos, mesmo existindo em todos eles, não se manifesta em condições normais. 1. Estrutura do Átomo Sabemos, pela lição anterior, que a menor partícula de matéria é o átomo. No entanto, o átomo é formado por partes ainda menores de uma estrutura organizada. A maneira como estas partes ainda menores, denominadas partículas, se organizam determinará que tipo de matéria o átomo vai formar. O átomo é formado por um núcleo em torno do qual giram partículas denominadas elétrons. O núcleo, por sua vez, é formado por dois tipos diferentes de partículas: prótons e nêutrons. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 9 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS Na verdade existem outras partículas importantes que formam o átomo, mas para entendermos de eletricidade basta conhecer estas três. As demais partículas são estudadas pelos físicos nucleares. Os elétrons mantêm-se em órbita em torno do núcleo porque existe entre eles uma forma de atração mútua. Esta atração se deve ao que se convencionou chamar de carga elétrica. Por convenção, os elétrons possuem cargas elétricas negativas, os prótons são dotados de cargas elétricas positivas e os nêutrons não possuem carga elétrica alguma, ou seja, como o nome sugere, são neutros. Como cargas elétricas diferentes se atraem, os elétrons são atraídos pelos prótons, mantendo-se em órbita em torno do núcleo. Para que o átomo forme uma estrutura estável, é preciso que haja um equilíbrio entre a quantidade de elétrons (cargas negativas) e de prótons (cargas positivas). Assim, num átomo em condições estáveis, o número de prótons que encontramos no núcleo é igual ao número de elétrons que giram à sua volta. 2. Tipos de Átomos Os átomos não são todos iguais. Em sua constituição, varia o número de elétrons, prótons e nêutrons. E, conforme este número, o átomo irá compor determinados tipos de matéria, conhecidos pelo nome de elementos. O tipo mais simples de átomo é o de hidrogênio, que possui 1 próton e 1 elétron. Representamos o elemento hidrogênio pela letra H. Na natureza existe um número limitado de átomos que correspondem aos elementos químicos. Estes elementos são classificados numa tabela, dispostos em ordem crescente de número de prótons, já que os prótons determinam as suas principais propriedades. (Veja tabela abaixo) Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 10 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3. Cargas dos Átomos Na natureza os objetos tendem a não manifestar a presença de eletricidade, mesmo sendo formados por partículas que possuem cargas elétricas. Isso ocorre porque, nos átomos, as quantidades de carga negativa dos elétrons e de carga positiva dos prótons se equilibram. Mesmo manifestando-se em partículas diferentes, a carga negativa de um elétron é igual à carga positiva do próton, o que provoca a chamada neutralização. Isso significa que, em condições normais, os átomos são neutros. A carga de um elétron (que é igual à de um próton em valor absoluto) é a menor carga que existe, pois não podemos ter uma carga de meio elétron. Conhecida como carga elementar, e representada pela letra e, essa carga é medida em Coulombs (C) e possui o seguinte valor: e = 1.602 . 10-19 C. Para que você tenha uma ideia do quanto é pequena esta carga, basta dizer que, para termos um Coulomb, seriam necessários aproximadamente 6.250.000.000.000.000.000 elétrons reunidos. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 11 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 4 . Exercícios de Memorização 1 - No núcleo de um átomo encontramos: ( ) a) somente elétrons; ( ) b) elétrons e prótons; ( ) c) elétrons e nêutrons; ( ) d) prótons e nêutrons; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Para que um átomo esteja em equilíbrio elétrico, ou seja, apresente neutralidade, é preciso que ele possua: ( ) a) maior número de elétrons que de prótons; ( ) b) igual número de prótons e de elétrons; ( ) c) igual número de prótons e de nêutrons; ( ) d) prótons e elétrons carregados com a mesma carga elétrica; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 3 - Os átomos são formados basicamente por duas partes: uma capa externa em que há elétrons girando a grande velocidade e uma parte interna em que há prótons e nêutrons. Essa parte interna chama-se: ( ) a) núcleo e possui carga positiva; ( ) b) núcleo e possui carga negativa; ( ) c) átomo e não possui carga; ( ) d) núcleo e pode ter tanto carga positiva como negativa; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 12 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 03 – A Eletricidade Introdução Na lição anterior, aprendemos que a eletricidade se manifesta nos átomos, através de propriedades de certas partículas denominadas elétrons e prótons. Estas partículas não são “a” eletricidade, mas do estudo das mesmas depende o conhecimento sobre a utilização da eletricidade na tecnologia moderna. Agora que sabemos onde está localizada,veremos como ela pode se manifestar nos corpos, e não mais simplesmente nos átomos. Com essa finalidade, aprenderemos o modo como a organização dos átomos nos corpos facilita a manifestação da eletricidade, e como podemos separar os materiais em dois grandes grupos em relação ao seu comportamento elétrico: condutores e isolantes. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 13 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Camadas Eletrônicas Vimos, na lição anterior, que os elétrons não giram desordenadamente em torno dos átomos, mas sim distribuídos em órbitas, ou camadas, como mostra a figura abaixo: Na primeira camada (a mais próxima do núcleo) cabem apenas dois elétrons, na segunda oito, e assim por diante. O átomo alcança sua maior estabilidade quando suas camadas estão completas, ou seja, quando elas contêm o número máximo de elétrons que comportam. Quando isso não ocorre, o átomo manifesta afinidade química, ou seja, tende a se aproximar de outros átomos e a reagir com eles, de modo a formar uma molécula. Para efeito de estudos em eletricidade (e em química também), o que ocorre na última camada, chamada também de camada de valência, tem especial importância, já que as propriedades químicas e físicas de um material dependem fundamentalmente do número de elétrons da última camada de seus átomos. A tendência natural dos átomos é ter sua camada de valência completa. Assim, para um átomo como o do oxigênio, que tem 6 elétrons na última camada, a tendência é atrair mais dois elétrons para tê-la completa com 8, conforme mostra a figura abaixo: Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 14 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS É por este motivo que o átomo de oxigênio tende a agrupar-se a outro átomo de oxigênio para poder compartilhar com ele os elétrons que faltam, formando assim a molécula de oxigênio; ou a unir-se a dois átomos de hidrogênio com a mesma finalidade, formando a molécula de água. Quando possui a camada de valência completa, um átomo não se une a outros, sendo, portanto, inerte (sem atividade). É o caso dos átomos de gases como o hélio, neônio, xenônio e outros. Quando a camada de valência não é completa, o átomo não só adquire afinidade química, mas também, ao se juntar a outros átomos, possibilita uma certa mobilidade dos elétrons através do material. 2. Ligações Atômicas O comportamento dos elétrons de um material depende da forma como, nele, os átomos se unem; ou seja, depende de como ocorrem as ligações atômicas. Existem materiais cuja estrutura cristalina permite que todos os elétrons disponíveis sejam compartilhados (veja figura). Neles, os elétrons podem mover-se com grande liberdade entre os átomos. Como possuem cargas, os elétrons agem como transportadores de eletricidade, por isso dizemos que esses materiais são condutores de eletricidade. O outro tipo de material é aquele cuja estrutura faz com que os elétrons fiquem presos a átomos determinados. Como não têm mobilidade, os elétrons não podem conduzir a eletricidade. Os materiais que possuem essa característica são conhecidos como isolantes. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 15 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3. Condutores e Isolantes Na natureza, encontramos materiais em que os elétrons dispõem de todos os graus possíveis de mobilidade. Isso significa que não podemos dizer que existam apenas condutores perfeitos e isolantes perfeitos. Entre os materiais ditos condutores, isto é, materiais em que os elétrons podem se movimentar livremente, e os isolantes, aqueles em que não há movimento algum, encontramos materiais com todos os graus possíveis de liberdade para os elétrons. Entre os condutores e os isolantes, temos, num grau intermediário, os materiais denominados semicondutores. Exemplos: Condutores: Cobre, Ouro, Alumínio, Ferro e Prata. Semicondutores: Germanio e Silicio. Isolantes: Borracha, Plástico, Vidro, Ar e Mica. Nos semicondutores, os elétrons se movimentam, mas encontram alguma dificuldade. Estes materiais são especialmente importantes para a eletrônica, devido a propriedades que estudaremos futuramente. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 16 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 4 Exercícios de Memorização 1 - Em qual alternativa temos apenas isolantes? ( ) a) Ferro, água e grafite. ( ) b) Vidro, cerâmica e borracha. ( ) c) Plástico, papel e mercúrio. ( ) d) Ar, grafite e mica. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Os metais são bons condutores de eletricidade porque: ( ) a) são pesados; ( ) b) possuem poucos elétrons na camada de valência; ( ) c) possuem muitos nêutrons no núcleo; ( ) d) apresentam elétrons livres; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 3 - A mica e o plástico são materiais muito usados em aplicações eletroeletrônicas. Estes materiais possuem poucos elétrons livres e, por isso, são considerados materiais: ( ) a) isolantes elétricos; ( ) b) condutores elétricos; ( ) c) sólidos na temperatura ambiente; ( ) d) que possuem átomos com núcleos pesados; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 17 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 04 – A Eletrostática Introdução Quando os corpos são carregados de eletricidade, manifestam propriedades que são aproveitadas numa infinidade de aplicações práticas. Nesta lição vamos justamente estudar essas propriedades, aprender como os corpos podem ser carregados de eletricidade e o que acontece quando isso ocorre. As cargas acumuladas nos corpos podem tanto ser aproveitadas para o funcionamento de certos dispositivos elétricos e eletrônicos, como ser a causa de problemas de funcionamento. Assim, além dos componentes que fazem uso de cargas elétricas, também temos sistemas de proteção que evitam sua presença, como as blindagens, os para-raios e os sistemas de aterramento, componentes anti-estáticos como pulseira, jaleco, luvas etc, muito utilizados por técnicos em eletrônica. Veremos nesta lição os seguintes assuntos: • Ionização. • Carga elementar. • Quantidade de cargas. • Propriedades dos corpos eletrizados. • Eletrização. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 18 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Definição A eletrostática é o estudo dos efeitos da eletricidade acumulada nos corpos, ou seja, a eletricidade parada, ou estática. Aprendemos nas lições anteriores que a eletricidade tem origem nas partículas elementares que formam o átomo. Nos elétrons encontramos cargas negativas e nos prótons, cargas positivas. No entanto, em condições normais, as cargas das partículas dos átomos não se manifestam. Isso ocorre porque as cargas dos elétrons se equilibram com as cargas dos prótons, e a matéria em condições normais é neutra. Nesta lição veremos como este equilíbrio pode ser quebrado, de maneira a deixar que a eletricidade se manifeste. 2. Carga Elementar Você já sabe que a matéria em condições normais é neutra, ou seja, que existe no átomo igual número deprótons e elétrons, conforme mostra a figura abaixo: Isso ocorre porque apesar de os prótons serem partículas com massa maior que a dos elétrons, a quantidade de carga que contêm é exatamente a mesma. O que muda é apenas a polaridade ou sinal: o próton é positivo e o elétron é negativo. Dizemos que a carga destas partículas é a menor quantidade de eletricidade que pode existir. Esta carga é denominada carga elementar. Conforme já estudamos, as cargas elétricas são medidas em Coulombs (C), e a carga elementar vale: e = 1,602 . 10-19 C Não existe uma carga menor que a de um elétron. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 19 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3. Ionização Também já vimos que os elétrons das últimas camadas de alguns tipos de átomos estão menos presos a suas órbitas do que outros. Isso significa que não precisamos de muito esforço para arrancar estes elétrons de suas órbitas, “desequilibrando” as forças elétricas que se manifestam no átomo. Da mesma forma, é possível “acrescentar” mais elétrons nas últimas camadas de certos átomos, de modo que eles passem a ter um excesso dessas partículas. Quando um átomo perde um elétron, passam a predominar as cargas positivas (existe um próton a mais). Da mesma forma, quando um átomo ganha um elétron, passam a predominar as cargas negativas (existe um elétron a mais). Nestas condições, dizemos que os átomos com excesso ou falta de elétrons estão ionizados. O átomo com falta de elétrons é um íon positivo, enquanto o átomo com excesso de elétrons é um íon negativo. Podemos, portanto, quebrar o equilíbrio elétrico dos átomos dos corpos, fazendo com que os efeitos da eletricidade apareçam. Obs.: se desejamos fazer com que as forças elétricas apareçam num átomo, podemos tirar ou pôr elétrons, mas nunca interferir no número de prótons, pois estes estão presos ao núcleo de modo extremamente firme. 4. Quantidade de Carga Quando retiramos ou acrescentamos elétrons a um corpo, este se torna eletrizado, produzindo efeitos que dependem da quantidade de cargas que foram movimentadas. Esta quantidade de cargas depende da quantidade de elétrons que são acrescentados ou removidos. No entanto, a quantidade de eletricidade que um elétron contém é muito pequena e difícil de ser medida. Já vimos que, para medir a quantidade de cargas de um corpo (sejam elas negativas ou positivas), usamos uma unidade denominada Coulomb, abreviada por C. Como o Coulomb é uma unidade muito grande, é comum expressarmos a quantidade de cargas de um corpo em milionésimos de Coulomb, ou Microcoulombs, abreviado por μC. 5. Eletrização Quando um corpo, devido à remoção ou acréscimo de elétrons, tem excesso ou falta de cargas negativas, dizemos que este corpo está eletrizado. Os corpos eletrizados possuem propriedades importantes que devem ser estudadas. Uma dessas propriedades são as forças de atração e repulsão. Como cargas de mesma polaridade se repelem e cargas de sinais opostos se atraem, estas forças se manifestam nos corpos carregados. Isso significa que corpos carregados com cargas de mesmo sinal se repelem e corpos carregados com cargas de sinais opostos se atraem. Corpos carregados negativamente se repelem. Corpos carregados positivamente se repelem. Um corpo com carga positiva atrai um com carga negativa e vice-versa. Uma outra propriedade importante dos corpos eletrizados é a conservação da carga elétrica. Não podemos criar cargas elétricas nem destruí-las. Assim, quando retiramos elétrons de um corpo neutro para passá-los para outro, a quantidade de cargas positivas que fica em um corpo é a mesma quantidade de cargas negativas que passou para o outro. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 20 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 6. EXERCICIOS DE MEMORIZAÇÃO 1 - Duas esferas de papel são carregadas com cargas positivas (de igual intensidade). Aproximando uma esfera da outra, o que ocorre? ( ) a) As esferas se atraem. ( ) b) As esferas se repelem. ( ) c) Não se manifesta qualquer tipo de força entre as esferas. ( ) d) As esferas podem tanto se atrair como se repelir. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Quando atritamos dois corpos, por exemplo, um pedaço de lã e uma barra de vidro, elétrons do vidro passam para a lã. Nestas condições, podemos dizer que: ( ) a) a lã fica carregada positivamente e o vidro negativamente; ( ) b) a lã fica carregada negativamente e o vidro positivamente; ( ) c) os dois corpos ficam carregados negativamente; ( ) d) os dois corpos ficam carregados positivamente; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 3 - Duas esferas carregadas de eletricidade são colocadas uma próxima da outra. Constata-se que entre elas manifesta-se uma força de repulsão. Podemos, com certeza, dizer que: ( ) a) as duas esferas possuem cargas positivas; ( ) b) as duas cargas possuem cargas negativas; ( ) c) uma das esferas é positiva e a outra negativa; ( ) d) as duas esferas possuem cargas do mesmo sinal (estão carregadas positivamente ou negativamente); ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 21 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 05 – PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO Introdução Na lição anterior, você aprendeu que podemos remover ou acrescentar elétrons a um corpo, de modo que ele fique eletrizado. Também vimos que entre os corpos eletrizados manifestam-se forças que podem ser de repulsão ou atração. Nesta lição teremos três assuntos importantes relacionados ao comportamento dos corpos eletrizados: o primeiro será o estudo dos processos de eletrização, ou seja, veremos de que modo os corpos podem ser carregados de eletricidade; o segundo diz respeito ao modo como os corpos tendem a restabelecer o seu equilíbrio elétrico, livrando-se de suas cargas em excesso ou adquirindo as que estão em falta; o terceiro é a carga elétrica da terra. Veremos de que modo nosso planeta se comporta como um gigantesco reservatório de cargas elétricas. Você tomará contato com os seguintes assuntos: • Série triboelétrica. • Eletrização de condutores. • A influência da eletricidade através do espaço. • O mundo como um condutor carregado. • Descarregando os corpos pela ligação terra. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 22 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Eletrização Os corpos, quando carregados de eletricidade, apresentam propriedades que são aproveitadas na construção de inúmeros dispositivos elétricos e eletrônicos. Como explicamos anteriormente, existem casos em que as cargas acumuladas nos corpos são perigosas e até podem comprometer o funcionamento e a integridade de dispositivos e equipamentos eletrônicos. Sabemos também que os corpos podem adquirir cargas elétricas quando perdem ou ganham elétrons, e isso ocorre com certa facilidade quando, por exemplo, atritamos um pente em um tecido. Quando fazemos isso, estamos eletrizando os corpos. Existem basicamente três processos de eletrização: atrito, contato e indução. Vejamos cada um deles separadamente. 1.1 Atrito A eletrização por atrito você já conhece: quando atritamos um corpo em outro, elétrons de um podem passar para o outro. Nessas condições, os dois corpos ficam eletrizados, porém com cargas de sinais opostos. É o que ocorre no exemplo já mencionado: quando atritamos um pente num pedaço de tecido, o pente fica carregadopositivamente e o tecido negativamente (Veja a figura). Se aproximarmos o pente de pequenos pedaços de papel, ou mesmo de nosso cabelo, ocorre atração porque os átomos do pente atraem os elétrons do cabelo ou do papel. A carga que cada material adquire depende da sua natureza, ou da posição que cada um ocupa na série triboelétrica. A série triboelétrica é uma lista de materiais em que o que está mais acima, ao ser atritado com um dos que estão mais abaixo, adquire carga positiva. Confira um exemplo de série triboelétrica: • Amianto • Vidro • Mica • Nylon • Lã • Seda • Papel • Poliestireno • Celulóide Por exemplo, se atritarmos amianto com vidro, o amianto fica positivo e o vidro negativo, mas se atritarmos o vidro com a seda, o vidro ficará positivo e a seda negativa. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 23 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1.2 Contato Quando encostamos um corpo carregado em outro não carregado, parte da carga do primeiro passa para o segundo, de modo que haja uma distribuição uniforme de carga entre eles, conforme mostra a figura: Se afastarmos agora o corpo que inicialmente estava carregado do que não estava, as cargas distribuídas entre os dois corpos permanecem e os dois ficam carregados, conforme mostra a figura: Em suma, basta encostar um corpo carregado em um que não esteja para que ele também fique carregado. Obs.: Observe que, neste processo de eletrização, os dois corpos ficam com cargas do mesmo sinal. 1.3 Indução Se aproximarmos um corpo carregado de um condutor, o corpo “atrai” os elétrons do condutor que, de um lado, fica carregado negativamente e, do outro, positivamente, conforme mostra a figura abaixo. A presença do corpo carregado, mesmo a certa distância do condutor, “separa” suas cargas, que se deslocam de modo a carregar uma parte com eletricidade positiva e a outra com eletricidade negativa. Se afastarmos do condutor o corpo carregado, as cargas voltam para suas posições normais, neutralizando-se. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 24 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 2. Terra A terra pode ser considerada um gigantesco condutor elétrico que, por definição, é neutro, mas pode fornecer ou receber elétrons em qualquer quantidade. Assim, qualquer corpo carregado, quando ligado à terra, vai descarregar-se, seja ele positivo ou negativo. Conforme mostra a figura, um corpo com carga negativa, ao ser ligado à terra, perde seus elétrons em excesso, descarregando-se. Da mesma forma um corpo com carga positiva, ao ser ligado à terra, recebe os elétrons que precisa para neutralizar-se. O conhecimento de que qualquer corpo ligado à terra descarrega-se é de vital importância para o trabalho em eletrotécnica e eletrônica. Este assunto será abordado futuramente em maiores detalhes. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 25 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3. EXERCICIOS DE MEMORIZAÇÃO 1 - Quando passamos o pente no cabelo e ele se carrega de eletricidade, a ponto de atrair o próprio cabelo e pequenos pedaços de papel, trata-se de um processo de eletrização de que tipo? ( ) a) Por atrito. ( ) b) Por indução. ( ) c) Por contato. ( ) d) Neste fenômeno não ocorreu um processo de eletrização. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Duas esferas condutoras são carregadas com iguais quantidades de carga, porém de sinais opostos. Se encostarmos uma esfera na outra, podemos afirmar que: ( ) a) as duas esferas ficarão com igual quantidade de cargas positivas; ( ) b) as duas esferas ficarão com igual quantidade de cargas negativas; ( ) c) as cargas das esferas serão neutralizadas; ( ) d) a esfera que estava positiva ficará negativa e a que estava negativa ficará positiva; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 3 - Um veículo em movimento pode eletrizar-se por atritar-se com o ar e por estar isolado do chão pela borracha dos pneus. Quando tocamos no veículo podemos tomar um choque, porque: ( ) a) nosso corpo também estará carregado de eletricidade; ( ) b) parte dos elétrons de nosso corpo passam para o veículo; ( ) c) o veículo tende a descarregar parte de sua carga em nosso corpo e na terra; ( ) d) tomamos choque quando tocamos em qualquer corpo carregado; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 26 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 06 – CAMPO ELÉTRICO Introdução As forças elétricas podem se manifestar a distância. Tal fato possibilita o aproveitamento destas forças em diversas aplicações práticas, tanto pela eletrônica como pela eletrotécnica. Nesta lição você vai aprender como a eletricidade pode manifestar estas forças através do que denominamos campo elétrico. Aprendendo as propriedades do campo elétrico, você estará apto a entender como a eletricidade é transmitida através de fios, e de que modo funcionam geradores de energia elétrica como pilhas e baterias. A atenção dedicada a essas questões justifica- se pela necessidade inquestionável de, em nossos estudos, aliarmos a prática à teoria. Somente entendendo como a eletricidade pode ser gerada e transmitida é que você estará apto a entender muitas das suas aplicações práticas. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 27 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Forças Elétricas e Ação a Distância Vimos na lição anterior que, quando carregamos um corpo, dotando-o de cargas elétricas, estas cargas podem influir em cargas colocadas nas proximidades, mesmo não havendo um contato físico entre elas. Esta ação a distância das forças de natureza elétrica é a base de funcionamento de uma grande quantidade de dispositivos. Na verdade é ela que possibilita o aproveitamento da eletricidade para transportar a energia de que tanto dependemos. Vejamos, pois, como as forças elétricas podem atuar a distância. Quando carregamos um corpo de eletricidade, em sua volta surge um estado especial do espaço denominado campo elétrico. Qualquer carga elétrica colocada neste campo ficará sujeita a uma força que pode ser tanto de atração como de repulsão, dependendo de seu sinal, conforme já estudamos. Representamos o campo elétrico de uma carga através de linhas imaginárias denominadas linhas de força. Estas linhas são orientadas de modo a sair dos corpos carregados positivamente e chegar aos corpos carregados negativamente, conforme mostra a figura: Quando abandonamos uma carga elétrica num campo, esta carga, ao sofrer a ação do campo e entrar em movimento, pode transportar energia. Tal fenômeno é aproveitado em diversas aplicações práticas, algumas das quais veremos a seguir. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 28 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 2. Pilhas Se aproximarmos dois corpos com cargas distintas, manifestasse entre eles uma diferença de estado elétrico, uma espécie de pressão que pode empurrar as cargas, fazendo-as transportar energia. Assim, um dispositivo que estabeleça este estado elétrico entre dois de seus pontos (denominados pólos) pode empurrar cargas elétricas atravésdo campo criado, e com isso fornecer energia elétrica para um dispositivo externo. A diferença de estado elétrico entre as extremidades ou pólos do dispositivo precisa ser medida. Esta diferença é denominada diferença de potencial (abreviada por ddp) e é medida em volts (V). Uma forma de se fazer isso é através de dispositivos denominados pilhas. As pilhas conseguem estabelecer esta diferença de potencial entre seus pólos através da energia liberada em reações químicas no seu interior. Quando estas reações ocorrem, elétrons são retirados de um dos eletrodos2 e levados a outro. Estes eletrodos são ligados aos pólos da pilha, onde então se manifesta o estado elétrico que possibilita o fornecimento de energia ao dispositivo externo, ou seja, a diferença de potencial. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 29 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 2.1 Pilha Elementar O tipo mais simples de pilha pode ser obtido colocando-se dois metais diferentes num líquido condutor denominado eletrólito. O eletrólito pode ser uma solução de água com um ácido, um sal ou uma base química como o hidróxido de potássio. As bases também são conhecidas como álcalis, de onde se origina o nome das pilhas alcalinas. Na figura 23 temos um exemplo de pilha elementar que pode estabelecer entre seus polos uma diferença de potencial de 1,5 volt aproximadamente. Observe o símbolo adotado para representar uma pilha. 2.2 Pilha Seca O tipo mais conhecido de pilha, e também mais barato, é a pilha seca, que pode ser encontrada em diversos tamanhos. Estas pilhas apresentam entre seus terminais uma ddp de 1,5 V, independentemente do seu tamanho. A diferença entre elas é que as maiores podem fornecer energia por mais tempo ou em maior quantidade. A reação química que produz energia nestas pilhas é irreversível, ou seja, após encerrada a reação, não é possível revertê-la, recarregando a pilha. Isso significa que, uma vez esgotadas, estas pilhas não mais podem ser usadas, devendo ser descartadas. Nas pilhas secas o reagente é uma mistura de substâncias à base de amoníaco, e o despolarizante é o permanganato de potássio. O despolarizante é uma substância que absorve os gases que, formados quando ela funciona, poderiam afetar seu funcionamento. Outro tipo de pilha, de maior durabilidade, são as alcalinas. Estas pilhas têm o mesmo formato das comuns (secas) e fornecem as mesmas tensões (ddp). Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 30 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3. Baterias Chamamos de bateria a um conjunto de pilhas ou células individuais. Podemos associar as pilhas de diversas formas, ou para obter maior tensão (ddp), ou para aumentar a sua capacidade de fornecimento de energia, prolongando a sua durabilidade. Ligando as pilhas em série, as suas tensões se somam. Se, conforme mostra a figura abaixo, todas as pilhas estiverem “viradas para o mesmo lado”, as suas tensões se somam, mas a capacidade de fornecimento de corrente permanece a mesma de uma pilha isolada. Quatro pilhas de 1,5 V resultam em 6 V. Outra forma de ligar as pilhas é mostrada na figura abaixo e consiste na associação em paralelo. Nesta associação a tensão se mantém, mas a capacidade de fornecimento de energia aumenta e as pilhas podem durar duas vezes mais. Na figura, as pilhas fornecem 1,5 V em conjunto e duram três vezes mais que uma pilha individual. As pilhas convertem em energia elétrica a energia liberada numa reação química em seu interior. Nas pilhas comuns, como as secas e as alcalinas, vimos que esta reação é irreversível, de modo que, uma vez esgotada a substância em seu interior, a reação não pode mais ocorrer e a energia deixa de ser fornecida. A pilha deve ser descartada. Há quem se engane acreditando na possibilidade de recarregar pilhas usadas aquecendo-as ou colocando-as na geladeira. Ocorre que os gases formados no interior da pilha durante a reação afetam a produção de energia no final de sua vida útil. Quando deixamos a pilha “descansar” por um tempo, os gases podem ser absorvidos e assim a pilha funciona um pouco mais. Na verdade é até perigoso usar a pilha tentando prolongar sua vida útil, pois as substâncias corrosivas do seu interior podem vazar, afetando os aparelhos. Existem, no entanto, pilhas recarregáveis que se tornam cada vez mais populares. Estas pilhas, como as de níquel-cádmio ou Nicad podem ter a sua reação química revertida se passarmos uma corrente elétrica através dela no sentido inverso ao normal. Podemos então colocar essas pilhas em carregadores, cujos circuitos aplicam as correntes no sentido inverso e com intensidade controlada. Essas pilhas podem ser recarregadas por um número muito grande de vezes, mas, cuidado: os carregadores precisam fornecer a corrente certa. Uma corrente excessiva pode aquecer a pilha a ponto de provocar sua explosão. Entre os geradores recarregáveis também se incluem os acumuladores chumbo- ácido, usados nas baterias dos carros. Eles são carregados constantemente pelo alternador do carro, de modo a poder fornecer energia para a partida ou para um acessório, quando o motor está desligado. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 31 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 4. EXERCICIOS DE MEMORIZAÇÃO 1 - Em torno de um corpo carregado de eletricidade, encontramos um estado especial do espaço no qual se manifesta a influência das cargas deste corpo. Qual é o nome desse estado especial? ( ) a) Diferença de potencial elétrico. ( ) b) Carga elétrica positiva. ( ) c) Campo elétrico. ( ) d) Campo de força. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Se ligarmos 3 pilhas de 1,5 V em série, teremos uma bateria com quais características? ( ) a) Uma bateria de 1,5 V com maior durabilidade. ( ) b) Uma bateria de 1,5 V com menor durabilidade. ( ) c) Uma bateria de 4,5 V com capacidade de fornecimento de corrente igual à de uma pilha isolada. ( ) d) Uma bateria de 4,5 V com capacidade de fornecimento de corrente menor que a de uma pilha isolada. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 3 - Um corpo carregado eletricamente é abandonado no espaço de um campo elétrico. Nessas condições, podemos afirmar que: ( ) a) o corpo tem a sua carga aumentada; ( ) b) o corpo se descarrega; ( ) c) não acontece nada com o corpo; ( ) d) o corpo fica sujeito a uma força; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 32 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 07 – ELETRODINÂMICA Introdução A maioria das aplicações práticas da eletricidade se deve ao fato de ela poder ser transmitida a distância. Isso significa que a eletricidade, além de transmitir energia, produz efeitos que são aproveitados em uma grande quantidade de aparelhos. Eletricidade pode produzir luz, calor, movimento, sons, imagens e muito mais. Até agora estudamos os efeitos da eletricidade acumulada nos corpos, ou seja, a eletricidade parada ou estática. Passamos agora para uma nova fase de nossos estudos, na qual veremos o que acontece quando a eletricidade pode se movimentar e, com isso, ser transmitida a distância. O estudo das cargas elétricas em movimento é feito pela eletrodinâmica, assunto que iniciamos nesta lição. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 33 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃOPROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Corrente Elétrica A grande importância da eletricidade nos dias atuais deve-se ao fato de ela poder transportar energia e ser transmitida a distância com o uso de fios condutores. Essa transmissão é feita através do que denominamos corrente elétrica. Quando, entre os polos de um gerador, estabelecemos uma ddp, cria-se um estado de “pressão” capaz de impulsionar cargas elétricas que estejam sob sua influência. Assim, se ligarmos os dois polos de um gerador, por exemplo, uma pilha, por meio de um pedaço de fio metálico, conforme mostra a figura, a pressão de natureza elétrica existente nos polos vai agir sobre os elétrons livres do metal, forçando-os a se mover todos na mesma direção. Estabelece-se desta forma, através do material condutor, um movimento ordenado de cargas elétricas, conhecido como corrente elétrica. Evidentemente, neste tipo de ligação a corrente que passa através do fio não serve para nada, pois se limita ao movimento do excesso de elétrons de um lado da pilha para o outro lado onde existe sua falta. Embora o sentido de circulação dos elétrons e, portanto, da corrente seja do polo que tem elétrons em excesso (negativo) para o polo que os tem em falta (positivo), convencionou-se representar a corrente de forma oposta, ou seja, nos diagramas e mesmo nas explicações que envolvem a corrente, é comum representá-la por setas que saem dos polos positivos dos geradores e vão em direção aos polos negativos. Veja figura abaixo: Esta corrente é denominada convencional e será a que usaremos daqui por diante. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 34 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 2. Circuito Elétrico No caso tomado como exemplo, vemos que a corrente que sai de um dos polos da pilha deve sempre chegar ao outro polo, ou seja, deve haver um percurso fechado, ou circuito fechado, para que uma corrente circule (figura abaixo). Este percurso fechado é conhecido como circuito elétrico. Entretanto, para que a energia gerada pela pilha possa ser útil, precisamos de um elemento adicional neste circuito: algum tipo de dispositivo que possa aproveitar a energia produzida pela pilha. Formamos então o que se denomina circuito elétrico simples, mostrado na figura abaixo. Neste circuito, temos inicialmente um gerador (por exemplo, uma pilha ou bateria) que torna disponível a energia elétrica, estabelecendo entre seus polos uma diferença de potencial. Temos, depois, um receptor (por exemplo, uma lâmpada) que recebe a energia transportada pela corrente elétrica e a transforma em alguma outra forma de energia. E temos, finalmente, o meio condutor, formado pelos fios que transportam a energia, servindo de percurso para a corrente elétrica. Veja então que a corrente que sai de um dos polos do gerador passa pelo receptor, onde deixa a energia, e depois volta ao outro polo do gerador. Os elétrons que saem de um dos polos do gerador são os mesmos que chegam, porque o gerador não pode criar novos elétrons, e aqueles que ele envia ao receptor não são consumidos: eles simplesmente entregam a energia que transportam. Isso significa que a quantidade de elétrons que sai dos polos de um gerador é a mesma que chega de volta ao outro quando o circuito é fechado. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 35 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3. Intensidade da Corrente Uma corrente elétrica será tanto mais intensa quanto maior for a quantidade de cargas que se movimentarem. A medida da intensidade da corrente é feita em função da quantidade de cargas que passam em cada segundo por um ponto de um condutor. Esta intensidade é medida numa unidade denominada ampère,que é abreviada por A. Como, em algumas aplicações práticas, encontramos correntes muito fracas, bem menores do que 1 ampère, é comum fazermos sua indicação por submúltiplos do ampère. Assim, usamos o microampère (A) para indicar correntes de milionésimos de ampère e o nanoampère (nA) para indicar correntes de bilionésimos de ampère: 1 µA = 0,000001 A e 1 nA = 0,000000001 A Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 36 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 5. EXERCICIOS DE MEMORIZAÇÃO 1 - O que é corrente elétrica? ( ) a) É o estado de concentração de cargas nos pólos de uma pilha. ( ) b) É o campo elétrico no interior de um condutor metálico. ( ) c) É o movimento desordenado de elétrons e prótons através de um material condutor. ( ) d) É o movimento ordenado de cargas elétricas. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Num circuito elétrico simples, a corrente flui entre os pólos do gerador, passando pelo dispositivo alimentado (uma lâmpada), no qual deixa sua energia. Considerando-se que essa corrente é formada pelo fluxo de elétrons através de um condutor metálico, podemos dizer que: ( ) a) a quantidade de elétrons antes e depois da lâmpada é a mesma; ( ) b) a quantidade de elétrons antes da lâmpada é maior do que depois; ( ) c) a quantidade de elétrons antes da lâmpada é menor do que depois; ( ) d) não podemos afirmar nada a respeito da quantidade de elétrons que se movimentam neste circuito; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 3 - Num fio metálico passa uma corrente elétrica. Podemos, com certeza, afirmar que esta corrente elétrica é formada por: ( ) a) um campo elétrico intenso entre os átomos; ( ) b) elétrons que giram em torno dos núcleos dos átomos do metal; ( ) c) elétrons que se deslocam com liberdade através do metal; ( ) d) prótons que saltam entre os núcleos dos átomos do metal; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 37 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 08 – EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA Introdução Quando uma corrente elétrica atravessa determinados meios condutores (sólidos, líquidos ou gasosos), ela produz certos efeitos, que são utilizados para se construir uma infinidade de dispositivos usados no dia-a-dia: lâmpadas, aquecedores de ambientes, motores elétricos, solenoides, relés, alto-falantes, equipamentos industriais de eletrólise, etc. Nesta lição analisaremos separadamente cada um dos efeitos da corrente elétrica: efeito térmico (Joule), efeito fisiológico, efeito químico e efeito magnético. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 38 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Efeito Térmico Não existe um condutor perfeito em condições normais. Quando uma corrente elétrica atravessa qualquer meio condutor, ela encontra certa dificuldade para passar; ou seja, o movimento dos elétrons, mesmo nos condutores metálicos, não é totalmente livre. Para vencer a oposição encontrada na sua passagem, as cargas são obrigadas a liberar energia. Esta energia se converte em calor, resultando no primeiro importante efeito que iremos estudar: o efeito térmico. O efeito térmico ilustrado na figura abaixo, também é conhecido como efeito Joule. Podemos aproveitá-lo de diversas maneiras. Podemos, por exemplo, usar fios especiais de materiais (como o níquel-cromo ou Nicromo) que apresentem uma boa oposição à passagem da corrente para gerar calor. Chuveiroselétricos, aquecedores de ambiente, ferros de passar roupas, secadores de cabelos aproveitam esse efeito em elementos de aquecimento. Indo um pouco além, se o fio condutor tiver um ponto de fusão muito alto, podemos aquecê-lo pela corrente, a ponto de emitir luz. É assim que funcionam as lâmpadas incandescentes. 2. Efeito Fisiológico O corpo humano, composto por substâncias em meio líquido, é condutor de eletricidade, e seu sistema nervoso é sensível a estímulos elétricos. Isso significa que a corrente elétrica, quando atravessa nosso corpo, pode causar diferentes tipos de efeitos e sensações, dependendo de sua intensidade. São os chamados efeitos fisiológicos. Em pequenas intensidades, a corrente sequer é sentida, no máximo causa uma sensação de formigamento. No entanto, em intensidades maiores, ela pode causar a sensação de choque e dor, culminando com a morte nos casos mais graves. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 39 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3. Efeito Químico Quando a corrente atravessa meios em que existem substâncias químicas dissolvidas, ela pode provocar reações químicas como a eletrólise da água. Fazendo-se uma corrente passar por ácido sulfúrico dissolvido em água, a água se separa nos seus elementos formadores (hidrogênio e oxigênio), que podem ser recolhidos em tubos de ensaio. Esse processo possui vasta aplicação industrial. Além da eletrólise, existem diversos outros tipos de reações químicas provocadas pela passagem da corrente em meios específicos. 4. Efeito Magnético Quando uma carga elétrica se movimenta, em sua volta aparece uma perturbação de natureza magnética, denominada campo magnético. Conforme mostra a figura abaixo, este campo é diferente do campo elétrico, tanto pela forma como se manifesta como pelos seus efeitos. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 40 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS O campo magnético pode atuar sobre outros campos da mesma natureza e também sobre materiais conhecidos como “ferromagnéticos”, tais como ferro, níquel, etc. Como uma corrente elétrica é formada pelo movimento de cargas, em torno de qualquer meio condutor pelo qual passe uma corrente existe um campo magnético veja figura abaixo. Vale observar que este efeito ocorre sempre, independentemente da natureza do meio por onde a corrente passa: basta que exista a corrente para que ele se manifeste. Diversos dispositivos de uso prático aproveitam o efeito magnético. Se enrolarmos o condutor por onde passa a corrente, de modo a formar bobinas, o campo magnético criado pela corrente pode ser suficientemente forte para atrair objetos metálicos. É este o princípio de funcionamento dos motores elétricos: os fios enrolados no seu interior criam forças capazes de movimentar um rotor de metal. Outros dispositivos que aproveitam este efeito são os relés e solenoides, dos quais falaremos em lições futuras. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 41 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 5. EXERCICIOS DE MEMORIZAÇÃO 1 - Em qual dos dispositivos abaixo temos o aproveitamento do efeito térmico da corrente elétrica? ( ) a) Motores e campainhas. ( ) b) Aquecedores de ambiente e lâmpadas incandescentes. ( ) c) Pilhas e baterias. ( ) d) Computadores e alto-falantes. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Quais são os únicos efeitos da corrente elétrica que ocorrem sempre? ( ) a) Térmico e químico. ( ) b) Químico e fisiológico. ( ) c) Fisiológico e magnético. ( ) d) Magnético e térmico. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. 3 - Que efeito da corrente elétrica é aproveitado nas lâmpadas incandescentes? ( ) a) Fisiológico. ( ) b) Magnético. ( ) c) Térmico. ( ) d) Químico. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 42 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 09 – RESISTÊNCIA ELÉTRICA Introdução Um dos efeitos mais importantes da corrente elétrica é o efeito térmico. Como foi visto na lição anterior, ele se deve à dificuldade que a corrente tem de passar por determinados meios. Tal dificuldade é tanto um elemento que afeta o funcionamento de certos aparelhos quanto um efeito de grande aplicabilidade prática. Esta lição é totalmente dedicada ao estudo da dificuldade que a corrente encontra ao passar por certos meios condutores e que é denominada resistência elétrica. É muito importante dominar esse assunto, presente em praticamente tudo que envolve eletricidade. Saber como a resistência elétrica se manifesta, quais são os seus efeitos, quais os componentes especialmente criados para produzir esses efeitos e como calculá-los são alguns dos conhecimentos indispensáveis ao profissional da área. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 43 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Definição Conforme vimos, quando uma corrente atravessa um fio metálico, temos a produção de calor, que resulta da conversão da energia gasta pelas cargas para vencer a oposição do condutor metálico. Isso ocorre porque, da mesma forma que não existe um isolante perfeito, também não existe um condutor perfeito. Mesmo o melhor metal, ou qualquer outro meio sólido, líquido ou gasoso, não permite que as cargas o atravessem sem lhes apresentar uma certa oposição. Esta oposição à passagem da corrente é denominada resistência elétrica. 1.1 Como Medir a Resistência Elétrica A resistência elétrica, como qualquer outra grandeza, pode ser medida. A quantidade de oposição à passagem da corrente, ou resistência elétrica, é medida em ohms, unidade abreviada pela letra grega Ω. Na prática, encontramos resistências de todos os valores possíveis, algumas muito grandes ou muito pequenas. Para representar valores muito pequenos e muito grandes de resistência, adotamos prefixos. Para representar milhares de ohms, adotamos o “k” (quilo) e, em lugar de dizermos 10.000 ohms, preferimos usar 10 kohms ou 10 kΩ. Para milhões, adotamos o mega abreviado por “M” e, em lugar de encontrarmos nos diagramas e livros 12.000.000 ohms, vemos simplesmente 12 Mohms ou 12 MΩ. A resistência à passagem da corrente que um corpo oferece depende de diversos fatores, como sua forma, suas dimensões e o material de que ele é feito. Por exemplo, entre dois fios do mesmo material, com a mesma espessura e comprimentos diferentes, o mais comprido terá maior resistência veja figura abaixo: Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 44 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1.2 Resistividade Cada material se comporta de uma forma diferente quando uma corrente elétrica circula através dele, pois, entre os materiais em geral, existem bons e maus condutores. Para classificar os diversos materiais conforme sua capacidade de conduzir a corrente com maior ou menor dificuldade, usamos o termo resistividade. A resistividade de um material nos diz o quanto ele apresenta de resistência (ohms) para cada metro de comprimento e cada metro quadrado (ou centímetro quadrado) de sua área seccional (figura abaixo) Quando falamos que um material tem uma resistividadede 2 ohms × m/cm2, significa que um condutor deste material com 1 metro de comprimento e uma secção transversal de 1 centímetro quadrado terá uma resistência de 2 ohms. 1.3 Efeito da Temperatura Com o calor os corpos se dilatam, e isso também tem um efeito sobre a resistência que eles apresentam. Quando aquecemos um condutor metálico, sua resistência aumenta, conforme mostra o gráfico veja figura abaixo: A maioria dos materiais têm sua resistência aumentada com a temperatura, mas existem substâncias que se comportam de modo diferente. Tais substâncias, quando expostas a um aumento de temperatura, em vez de terem sua resistência aumentada, apresentando um coeficiente positivo de temperatura, ou PTC (do inglês Positive Temperature Coefficient), têm sua resistência diminuída, ou seja, apresentam um coeficiente negativo de temperatura, ou NTC (do inglês Negative Coefficient Temperature). Conforme veremos futuramente, estas substâncias encontram aplicações práticas na fabricação de diversos tipos de dispositivos elétricos e eletrônicos. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 45 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1.4 Resistores Para muitas das aplicações de uma substância, pode ser importante o fato de ela apresentar uma certa resistência. Por exemplo, podemos usar um dispositivo que tenha uma certa resistência elétrica para reduzir propositalmente a intensidade da corrente num circuito, até que ela atinja um valor desejado. Por este motivo, um dos componentes eletrônicos mais usados na prática é aquele que apresenta uma certa resistência fixa: o resistor. Resistores são componentes cuja finalidade é apresentar uma resistência elétrica. Na figura abaixo, mostramos diversos tipos de resistores encontrados no mercado, assim como os símbolos adotados para representá-los. Resistores de fração de ohm até mais de 20 milhões de ohms podem ser encontrados em equipamentos elétricos e eletrônicos de todos os tipos. 2. Lei de Ohm Até o momento nos preocupamos apenas com o aspecto qualitativo da eletricidade e de seus fenômenos, ou seja, nos preocupamos com a análise de como as coisas ocorrem e de quais os seus efeitos, sem dimensionar os fenômenos e realizar cálculos. No entanto, o profissional da área deve estar apto a fazer cálculos que envolvam fenômenos elétricos. Isso significa que é necessário estudar também o aspecto quantitativo dos fenômenos e as leis que os regem. É o que faremos a partir de agora, ao tratar da lei de Ohm. Conforme estudamos nas lições anteriores, a corrente é o efeito, enquanto a diferença de potencial, ou tensão elétrica, é a causa da corrente. É a tensão que empurra as cargas através de um condutor, estabelecendo o fluxo de cargas. Também vimos que, para passar por um condutor, a corrente precisa vencer a oposição ou resistência do material. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 46 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS Sabendo que a tensão é medida em volts (V), a corrente em ampéres (A) e a resistência em ohms (Ω), como podemos relacionar isso de modo a calcular quanto de corrente passa por um determinado material que apresenta certa resistência quando aplicamos uma certa tensão? O que a lei de Ohm estabelece é que a corrente que passa por um resistor é diretamente proporcional à tensão. Assim, quando aumentamos a tensão neste resistor, a corrente aumenta na mesma proporção. É o que está representado pelo gráfico veja figura abaixo: Curva característica de um resistor. Observe que a proporção direta ou linear resulta num gráfico em linha reta. Este gráfico nos dá o que tecnicamente é chamado de curva característica do resistor. Uma outra maneira de expressar este comportamento do resistor é dizer que a relação entre a tensão e a corrente no resistor é constante. Matematicamente, para possibilitar a realização de cálculos com resistores ou qualquer condutor que se comporte como um resistor, podemos estabelecer uma fórmula que traduz a lei de Ohm. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 47 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS Sendo: V a tensão no resistor (em volts) I a intensidade da corrente (em ampères) R a resistência do resistor (em ohms) Podemos escrever: Fórmula 1 Desta fórmula podemos obter duas outras derivadas: Fórmula 2 Fórmula 3 Usamos a fórmula (1) quando conhecemos a tensão e a corrente e queremos calcular a resistência. Usamos a fórmula (2) quando conhecemos a resistência e a corrente e desejamos calcular a tensão. E usamos a fórmula (3) quando conhecemos a tensão e a resistência e queremos calcular a corrente. Exemplo: Calcular a resistência de um fio de cobre que, ao ser ligado numa bateria de 3 V, deixa passar uma corrente de 0,5 A. Solução: usaremos a fórmula (1), assim: Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 48 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3 EXERCICIOS DE MEMORIZAÇÃO 1 - Podemos definir resistência elétrica como: ( ) a) facilidade que as cargas elétricas encontram para atravessar um material condutor; ( ) b) oposição que a corrente elétrica encontra para passar por um material condutor; ( ) c) campo magnético que se opõe à passagem da corrente por um condutor; ( ) d) concentração de cargas num material condutor; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Se tivermos dois fios de materiais diferentes, do mesmo comprimento e mesma espessura, podemos afirmar que: ( ) a) o fio de material de maior resistividade tem maior resistência; ( ) b) o fio de material de menor resistividade tem maior resistência; ( ) c) os dois fios têm a mesma resistência; ( ) d) nada podemos afirmar sobre a resistência em função do que foi dito; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 3 - A prata é considerada um excelente condutor. Isso ocorre porque: ( ) a) a prata tem maior resistividade que os outros metais; ( ) b) a baixa resistividade da prata permite que os fios deste material tenham menor resistência; ( ) c) a resistência da prata é nula; ( ) d) a prata oferece maior oposição à passagem da corrente que outros metais; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 4 - Façamos agora um teste que envolve algum cálculo. Um pedaço de fio de cobre de certo comprimento é ligado a uma bateria de 12 V. Constata-se a circulação de uma corrente de 0,2 ampères. A resistência deste fio calculada a partir da Lei de Ohm é: ( ) a) 6 ohms; ( ) b) 30 ohms; ( ) c) 3,6 ohms; ( ) d) 60 ohms; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 49 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS LIÇÃO 10 – POTÊNCIA ELÉTRICA Introdução O calor gerado pela corrente elétrica em qualquer dispositivo que dela se utilize é um efeito que precisa ser previsto, tanto para o projeto quanto para o funcionamento de um dispositivo. Cuidados especiais devem ser tomados para se eliminar este calor, pois a elevação da temperatura das partes de um equipamento pode comprometer seu funcionamento e a própria segurança dos operadores. Todo profissional da área deve saber como calcular o calor gerado pela corrente que atravessa um resistor ou qualquer elemento que apresente certa resistência. Conforme vimos, este calor é consequência do efeito térmico, ou efeito Joule, abordado até aqui em seu aspectoqualitativo. Nesta lição iremos além, calculando o calor gerado em função da intensidade da corrente e das demais grandezas envolvidas no processo. Esse cálculo é regido pela lei de Joule. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 50 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 1. Energia Elétrica A energia não pode ser criada, nem destruída, somente transformada. Quando, nas lições anteriores, analisamos os efeitos da corrente elétrica, vimos que a energia elétrica proveniente de um gerador pode se transformar em outras formas de energia como luz, calor, energia mecânica (no caso dos motores), etc. Dentre essas formas de energia, uma merece especial atenção dos profissionais que lidam com a eletricidade: a energia térmica. Calcular a quantidade de energia elétrica que se converte em calor quando uma corrente atravessa determinado meio condutor é algo que todo profissional do ramo precisa saber. Dizemos que um sistema possui energia quando ele tem a capacidade de realizar algum tipo de trabalho. Exemplificando, podemos dizer que uma mola contraída possui energia, no sentido de que ela pode movimentar um relógio ou um brinquedo por certo tempo, ou seja, realizar um trabalho. Da mesma forma, uma pilha possui energia armazenada porque ela pode alimentar uma lâmpada ou qualquer outro dispositivo durante certo tempo, conforme mostra a figura abaixo: Energia medida em joules (J). Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 51 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 2. Potência Elétrica Vamos imaginar uma experiência simples veja figura abaixo: Ligamos duas lâmpadas, uma mais forte que a outra, em duas pilhas iguais. Verificamos que a pilha que fornece energia para a lâmpada mais forte (isto é, que brilha mais) dura menos. Intuitivamente, o leitor já sabe que a lâmpada que brilha mais é mais potente. Mas o que significa isso? Significa que a lâmpada que brilha mais precisa que a pilha lhe forneça energia mais rapidamente, ou seja, mais energia por unidade de tempo. É este o conceito de potência: a quantidade de energia que a lâmpada recebe e converte em calor, ou que a pilha fornece através de uma corrente. Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 52 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS Se a energia é medida em joules (J) e o tempo em segundos (s), podemos medir a potência pela quantidade de joules fornecidos a cada segundo. Só que, em lugar de joules por segundo, outra unidade é adotada: o Watt, abreviado por W. Assim, se uma lâmpada converte 100 joules por segundo de energia em luz, esta lâmpada tem uma potência de 100 watts, ou 100 W. É comum o uso de prefixos para indicar múltiplos e submúltiplos do Watt: Quilowatt (kW) para 1.000 W Megawatt (MW) para 1.000.000 W Miliwatt (mW) para 0,001 W Microwatt (μW) para 0,000001 W Nanowatt (ηW) para 0,000000001 W 3. Lei de Joule A quantidade de energia elétrica que se converte em calor num meio que oferece certa resistência pode ser determinada pela lei de Joule. Esta quantidade depende da intensidade da corrente que circula pelo meio condutor e da resistência desse meio. Como a intensidade da corrente depende da tensão e da resistência, podemos dizer que a quantidade de calor convertido pode ser calculada conhecendo-se duas quaisquer das três grandezas envolvidas. Assim, chamando de: P a potência elétrica convertida em calor (emwatts) V a tensão aplicada ao circuito (em volts) R a resistência do circuito (em ohms) I a intensidade da corrente (em ampères) Usamos a primeira fórmula (I) quando temos a tensão e a corrente e desejamos calcular a potência; usamos a segunda quando temos a tensão e a resistência; e usamos a terceira quando conhecemos a resistência e a corrente. Exemplo: um fio de resistência de 5 ohms é percorrido por uma corrente de 2 ampères. Qual é, neste condutor, a potência elétrica convertida em calor devido ao Efeito Joule? Neste caso temos: R = 5 ohms I = 2 ampères P = ? A fórmula que usa R e I, que são as grandezas cujos valores conhecemos, é a (III). Aplicando-a temos: P = R × I2 = 5 × 22 = 5 × 4 = 20W Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 53 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS 3 EXERCICIOS DE MEMORIZAÇÃO 1 - A quantidade de energia recebida ou fornecida por um dispositivo por unidade de tempo tem o nome de: ( ) a) força elétrica; ( ) b) potência elétrica; ( ) c) energia; ( ) d) corrente elétrica; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 2 - Uma lâmpada ligada a uma fonte de alimentação de 12 V é percorrida por uma corrente de 0,5 ampères. Qual é a potência elétrica que esta lâmpada consome? ( ) a) 6 watts ( ) b) 12 watts ( ) c) 24 watts ( ) d) 60 watts ( ) e) 100 watts 3 - Quando você paga sua conta de eletricidade, você está pagando por: ( ) a) energia elétrica consumida; ( ) b) potência elétrica consumida; ( ) c) força elétrica consumida; ( ) d) tensão elétrica consumida; ( ) e) nenhuma das alternativas anteriores. 4 - Qual é a potência dissipada por um resistor de 10 ohms, ao ser percorrido por uma corrente de 0,2 A? 5 - Quanto dissipa uma lâmpada de 6 volts cujo filamento tem uma resistência de 12 ohms? 6 - Um resistor de 10 ohms dissipa uma potência de 5 watts. Qual é a corrente que atravessa este resistor? 7 - Qual é a potência dissipada por um resistor que, ao ser ligado em 110 V, é percorrido por uma corrente de 0,1 A? 8 - Uma lâmpada de 110 W é alimentada por uma tomada de 110 V. Qual é a corrente que passa por esta lâmpada? 9 - Qual é tensão de alimentação de uma lâmpada de 12 W que funciona com uma corrente de 0,5 A? Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 54 Apostila de Eletricidade REPRODUÇÃO PROIBID A - D IR EITOS R ESERVADOS - T OP TREIN AMENTOS TOP TREINAMENTOS AVANÇADOS Para Cálculos das questões anteriores: Top Treinamentos Avançados - Curso de Eletrônica Página 55 Apostila de Eletricidade