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Professor: Cristiano Rios Circuitos Elétricos – Cristiano Rios CIRCUITOS ELÉTRICOS EMENTA Estudo de tensão, corrente e resistência elétrica em CC; Uso do voltímetro, amperímetro e multímetro; Leis de Ohm e potência elétrica; Circuito série, paralelo e misto; Divisores de tensão e corrente; Leis de Kirchoff; Teoremas de Thévenin e Norton; Capacitores e indutores em regime CC; Noçoes de corrente alternada. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios Circuitos Elétricos – Cristiano Rios OBJETIVO GERAL Estimular que o discente obtenha os conhecimentos básicos, teóricos e práticos que o habilite ao exercício profissional, no campo de estudos da disciplina. O seu objetivo principal é fornecer informações que permitam: Aplicar conhecimentos da física para compreender e explicar o funcionamento de circuitos elétricos; Conhecer princípios de corrente contínua (CC); Entender a ação de diferentes elementos de circuito em corrente contínua (CC); Identificar circuitos, componentes e ligações nos circuitos elétricos em CC; Conhecer e utilizar parâmetros, teoremas e métodos de análise de circuitos elétricos em CC. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Os seguintes objetivos específicos são as metas a serem alcançadas pelo discente: Identificar tipos de circuitos e solucionar problemas relativos a resistores, capacitores e indutores, em regime de corrente contínua (CC); Compreender as diferentes questões pertecentes ao estudo de correntes elétricas; Treinar o uso de equipamentos como: voltímetro, amperímetro e multímetro; Estudar os elementos componentes do circuito elétrico, bem como tensão, resistência e corrente elétrica; Conhecer os teoremas e parâmetros aplicáveis aos circuitos elétricos em CC. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios CONTEÚDO PROGRAMÁTICO Conceitos de Tensão, corrente e resistência elétrica; Leis de ohm e potência elétrica; Circuito série, paralelo e misto; Divisores de tensão e corrente; Leis de Kirchhoff; Análise de circuitos de duas e três malhas; Uso do voltímetro, amperímetro e multímetro; Circuitos Elétricos – Cristiano Rios Teorema da Superposição; Teorema de Thévenin; Teorema de Norton; Capacitor em regime CC; Indutor em regime CC; Teorema da Máxima Transferência de Potência em CC; Transformaçao D-Y e Y-D em CC; Ponte de Wheatstone em CC. MÉTODO DE AVALIAÇÃO COMPOSIÇÃO DAS NOTAS A1 & A2 Avaliação A1 e A2: Prova individual e sem consulta. Valor = 6,0 pontos; Atividades Complementares tais como trabalhos, listas de exercícios, seminários, atividades em sala de aula e etc. Valor = 4,0 pontos. * Não haverá FEMATEC no primeiro semestre Circuitos Elétricos – Cristiano Rios REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ALEXANDER, Charles K./Sadiku, Mathew N.O. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 3ª edição – Porto Alegre – AMGH – 2011; JONHSON, David E. Fundamentos de Análise de Circuitos Elétricos. 4ª edição – Rio de Janeiro – LTC – 1994. O´MALLEY, John. Análise de Circuitos (Coleção Schaum). 2ª edição – São Paulo – Mc Graw-Hill – 2004; BOYLESTAD, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos. 10ª edição – São Paulo – Prentice-Hall – 2004; BIRD, John. Circuitos Elétricos: Teoria e Tecnologia. 3ª edição – Rio de Janeiro – Elsevier, 2009. IRWIN, J David. Análise de Circuitos em Engenharia. São Paulo – Pearson Prentice Hall; EDMINISTER, Joseph/Navi, Mahmood. Circuitos Elétricos (Coleção Schaum). 4ª edição – Porto Alegre – Artmed- Bookman – 2005; NILSON, James W./Riedel, Susan A. Circuitos Elétricos. 8ª edição – Pearson Prentice Hall – 2009; DORF, Richard. Introdução aos Circuitos Elétricos. 8ª edição – Rio de Janeiro – LTC – 2012; Circuitos Elétricos – Cristiano Rios GRANDEZAS ELÉTRICAS – CORRENTE ELÉTRICA Corrente Elétrica: é a movimentação ordenada de cargas elétricas livres. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios Nos condutores as cargas elétricas são os elétrons. Definição formal de Corrente Elétrica: é a taxa de variação da carga em relação ao tempo. 𝒊 = 𝒅𝒒 𝒅𝒕 [𝑪] [𝒔] = [𝑨] - v GRANDEZAS ELÉTRICAS – TENSÃO ELÉTRICA Tensão Elétrica: é a energia necessária para movimentar uma unidade de carga (1C) por meio de um bipolo. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios 𝒗 = 𝒅𝒘 𝒅𝒒 [𝑱] [𝑪] = [𝑽] Definição formal de Tensão Elétrica: é a taxa de variação da energia em relação à quantidade de carga. + - v i v . . GRANDEZAS ELÉTRICAS – RESISTÊNCIA ELÉTRICA Resistência Elétrica: é uma propriedade física caracterizada por evitar a livre passagem de corrente elétrica pelo circuito elétrico, dissipando, assim, a energia térmica (calor). Esta oposição se dá pela colisão entre elétrons livres e os átomos do condutor metálico. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios A unidade fundamental que refere à resistência elétrica é o ohm, que utiliza o símbolo grego “Ω”. Esse nome foi escolhido pelo sistema internacional de unidades (SI) em homenagem ao físico alemão, George Simon Ohm (1789 – 1854) GRANDEZAS ELÉTRICAS – RESISTÊNCIA ELÉTRICA A resistência é muito utilizada quando o assunto é aquecimento, pois quando submetida a uma tensão elétrica, além de oferecer uma resistência, também dissipa calor, onde essa energia térmica é utilizada em chuveiros, fornos, estufas, e outras aplicações. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios 𝑹 = 𝒗 𝒊 1ª Lei de Ohm: [𝑽] [𝑨] = [Ω] GRANDEZAS ELÉTRICAS – RESISTÊNCIA ELÉTRICA Circuitos Elétricos – Cristiano Rios 𝑹 = 𝝆. 𝑳 𝑨 2ª Lei de Ohm: ρ = Resistividade do material (Ω.m) L = Comprimento do condutor (m) A= Seção do condutor (m^2)L ρ A Ω.𝒎 [𝒎] [𝒎𝟐] = Ω. 𝒎𝟐 𝒎𝟐 = Ω GRANDEZAS ELÉTRICAS – CONDUTÂNCIA ELÉTRICA Condutância Elétrica: é o inverso da resistência elétrica. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios 𝑮 = 𝟏 𝑹 𝒊 = 𝒗 𝑹 = 𝟏 𝑹 . 𝒗 𝒗 = 𝑹. 𝒊 𝒊 = 𝑮. 𝒗 𝟏 Ω = [S] Como: GRANDEZAS ELÉTRICAS – POTÊNCIA ELÉTRICA Potência: é a velocidade (taxa temporal) com que se consome ou se absorve energia. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios 𝑷 = 𝒅𝒘 𝒅𝒕 [𝑱] [𝒔] = 𝑾 Definição formal de Tensão Elétrica: é a taxa de variação da energia em relação ao tempo. 𝒊 = 𝒅𝒒 𝒅𝒕 𝒗 = 𝒅𝒘 𝒅𝒒 𝒗 = 𝒅𝒘 𝒅𝒒 𝒅𝒘 = 𝒗. 𝒅𝒒 𝑷 = 𝒅𝒘 𝒅𝒕 = 𝒗. 𝒅𝒒 𝒅𝒕 = 𝒗. 𝒊 𝑷 = 𝒗. 𝒊 Potência instantânea em determinado instante de tempo. Como: 𝒊 = 𝒗 𝑹 𝒐𝒖 𝒗 = 𝑹. 𝑰 Podemos escrever P de outras duas formas: 𝑷 = 𝑹. 𝒊𝟐 𝒐𝒖 𝑷 = 𝒗𝟐 𝑹 GRANDEZAS ELÉTRICAS – ENERGIA ELÉTRICA Energia: é a capacidade de realizar trabalho. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios 𝑷 = 𝒅𝒘 𝒅𝒕 𝒅𝒘 = 𝑷.𝒅𝒕 න𝒅𝒘 = න𝑷. 𝒅𝒕 W = 𝒕𝟎 𝒕 𝑷. 𝒅𝒕 [J] P(t) t0 𝑡1 Área = W W = 𝒕𝟎 𝒕 𝒗. 𝒊. 𝒅𝒕 EXERCÍCIOS Um resistor é percorrido por uma corrente elétrica de 5 mA, quando se aplica uma diferença de potencial elétrico de 110 V. Com base nisso, determine a resistência elétrica desse resistor. Resolução: Encontraremos a resistência elétrica desse resistor por meio da primeira lei de Ohm: Circuitos Elétricos – Cristiano Rios 𝑹 = 𝒗 𝒊 𝑹 = 𝟏𝟏𝟎 𝟓. 𝟏𝟎−𝟑 𝑹 = 𝟐𝟐. 𝟏𝟎𝟑 𝑹 = 𝟐𝟐 𝑲Ω EXERCÍCIOS Um cabo de cobre de 10 m de comprimento e área transversal de 10−2 𝑚2 possui uma resistividade elétrica de 1,7.10−6 Ω⋅m. Com base nessas informações, determine a sua resistência. Circuitos Elétricos – Cristiano Rios Resolução: "Encontraremos a resistência elétrica desse resistor por meio da fórmula da segunda lei de Ohm:" 𝑹 = 𝝆. 𝑳 𝑨 𝑹 = 𝟏, 𝟕. 𝟏𝟎−𝟔. 𝟏𝟎 𝟏𝟎−𝟐 𝑹 = 𝟏, 𝟕. 𝟏𝟎−𝟔𝟏𝟎. 𝟏𝟎𝟐 𝑹 = 𝟏, 𝟕. 𝟏𝟎−𝟔+𝟏+𝟐 𝑹 = 𝟏, 𝟕. 𝟏𝟎−𝟑 𝑹 = 𝟏, 𝟕. 𝟏𝟎−𝟑 𝒎Ω EXERCÍCIOS (PUC) A “chave” de um chuveiro elétrico pode ser colocada nas posições “fria”, “morna” e “quente”. Quando se muda a chave de posição, modifica-se o valor da resistência elétrica do chuveiro. Indique a correspondência VERDADEIRA. A) água morna - resistência média B) água morna - resistência baixa C) água fria - resistência média D)água quente - resistência alta Circuitos Elétricos – Cristiano Rios Resolução: Alternativa A - Quando colocamos o chuveiro na posição quente, teremos água quente, então, no circuito elétrico, teremos uma maior corrente elétrica o percorrendo, assim, a resistência será baixa. Já quando colocamos o chuveiro na posição fria, temos água fria, então no circuito elétrico teremos uma menor corrente elétrica o percorrendo, assim, a resistência será alta. Analogamente, na posição morna, temos uma água morna e resistência elétrica média. EXERCÍCIOS (PUC) "A tabela mostra os comprimentos L e o raio R de um mesmo condutor elétrico, em cinco situações diferentes. Em qual das situações o condutor apresentará a maior resistência elétrica? Circuitos Elétricos – Cristiano Rios Resolução: Alternativa E - De acordo com a segunda lei de Ohm, a resistência elétrica é diretamente proporcional à resistividade elétrica e ao comprimento do condutor, mas inversamente proporcional à área de secção transversal do condutor, assim, aquele que tiver maior comprimento e menor raio é o que possui maior resistência elétrica, é o condutor elétrico de letra “e”.𝑹 = 𝝆. 𝑳 𝑨 2ª Lei de Ohm: Professor: Cristiano Rios Circuitos Elétricos – Cristiano Rios OBRIGADO!!!