Sensores e Atuadores Aula 04 - Eletricidade Básica

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Aula 04 – Eletricidade Básica
Turma MI09 – Curso: “Técnico em Mecânica”
Disciplina: Sensores e Atuadores
Conceitos Básicos
Modelo Simplificado de um Átomo
Prótons (Portador de Carga Positiva) 	 (+)
Nêutrons (Não possui Carga Elétrica) 
Elétrons (Portador de Carga Negativa) 	 (-)
Carga Elétrica
A carga elétrica existente em um material é data pelo excesso ou pela falta de elétrons neste material. 
Ou seja, em um corpo carregado eletrostaticamente, existe uma diferença entre o número de prótons e elétrons que ocasiona um desbalanceamento eletrostático neste material.
Se um corpo está carregado negativamente, este corpo possui um excesso de elétrons em relação ao número de prótons;
Se um corpo está carregado positivamente, este corpo possui falta de elétrons em relação ao número de prótons;
Se um corpo é neutro eletricamente, este corpo possui a mesma quantidade de prótons e elétrons.
A Carga Elétrica é representada pela letra Q, e a sua unidade de medida no Sistema Internacional (SI) é data pela unidade Coulomb (C).
Onde, Q é a carga total que um corpo material possui. (Excesso ou falta de elétrons).n = Diferença de Prótons e elétrons no material
e = Carga elétrica de um elétron, que é igual a 1,6x10-19 C
Sendo Q = n.e 
Outro detalhe importante a salientar é que:
Notem que todo material possui elétrons, prótons e nêutrons, ou seja, todo material pode ser carregado eletrostaticamente.
Exemplos: Nosso corpo, nosso cabelo, nossa roupa, a chapa metálica de nosso carro, vidro, plástico, o tubo de vido de nossa TV, etc....
Série Triboelétrica (capacidade em doar ou receber elétrons)
Pesquisa para a sala de aula:
- Efetuar uma pesquisa e entregar na próxima aula sobre - Processos de Eletrização:
Atrito
Contato
Indução
Corrente Elétrica
A corrente elétrica se dá pelo movimento de cargas negativas (Elétrons) em condutores.
Conceito de Condutor elétrico: são materiais nos quais as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre. (Wikipédia).
Nos sólidos, que possuem elétrons livres, como os metais, é possível que a carga elétrica seja transportada através deles, por isso dizemos que são condutores de eletricidade. 
Nesses materiais, o movimento de cargas elétricas é composto por cargas negativas.
Os materiais como o cobre, o alumínio e a prata são bons condutores.
Veja na figura a seguir.
No primeiro condutor elétrico, sem nenhuma energia externa interligada em suas extremidades, os elétrons livres se movimentam de forma desordenada;
Já no segundo condutor os elétrons se movimentam de forma ordenada, do polo negativo ao polo positivo da bateria, a qual é a fonte de energia capaz de impulsionar os elétrons livres deste condutor.
A corrente elétrica é representada pela letra i, onde lê-se Ampère, em homenagem ao francês André Murie Ampère)
Ele definiu a seguinte relação:[i] 		 Ampère 		 A
[Q] 		 Coulomb 		 C
 		 Segundo 		 s
i= 
Diferença de Potencial (Volt)
A diferença de potencial, a nossa conhecida voltagem, é a quantidade de energia gasta para transportar uma certa quantidade de carga.
Logo conclui-se que, para existir corrente elétrica (transporte de carga elétrica) existe a necessidade de uma fonte de energia para efetuar tal tarefa.
Na figura abaixo, temos um exemplo conhecido. Uma fonte (bateria) interligada entre seus polos positivos e negativos uma lâmpada através de fios (condutores elétricos) e uma chave seccionadora (interruptor da corrente elétrica).
Entre VA e VB existe diferença de potencial, o qual ocasiona o movimento ordenado dos elétrons livres do condutor.
Uma analogia equivalente sobre a diferença de potencial é a de um escorregador de um parque de diversões: 
- A mãe (Bateria), coloca seu filho (O elétron) na parte superior do brinquedo (polo A);
- Ao soltar o filho, ele desce (corrente elétrica) pelo escorregador;
- O escorregador (condutor elétrico) direciona a criança (o elétron) até o final (polo B);
- Caso tua mãe ainda tenha forças para continuar brincando com seu filho (Bateria carregada), ela irá novamente coloca-lo no topo do escorregador;
- Repetindo o processo até o esgotamento (Bateria descarregada). 
Tipos de Corrente
Corrente Contínua: Os elétrons movimentam-se em apenas um sentido.
 
Corrente alternada: Os elétrons mudam seu sentido periodicamente.
 
Neste caso, os elétrons mudam o seu sentido periodicamente dada pela frequência elétrica em Hz (hertz).
Em nossa residência a energia elétrica disponível está em 60Hz, que significa o seguinte: Em um segundo a direção da corrente elétrica mudou 60 vezes.
f = 60Hz 	 		f = 
Corrente Elétrica – Ampère (A)
Pela lei dos nós, a corrente elétrica quando encontra mais do que um caminho a seguir, ela se divide proporcionalmente à facilidade desta corrente percorrer estes caminhos. 
Porem a corrente elétrica se mantem constante nos circuitos elétricos, ou seja o que saiu da fonte, deverá voltar para a fonte.
Neste caso todas as correntes que foram divididas, irão ser somadas no seu retorno.
i = i1 + i2 + i3 + i4
Resistencia Elétrica – ohms (Ω)
A resistência elétrica é uma característica dos condutores elétricos.
Todo condutor elétrico possui uma resistência ao movimento dos elétrons livres, dificultando o seu deslocamento.
Esta dificuldade em que o eletron encontra em se deslocar ocasiona o Calor, também chamado de efeito Joule.
O efeito Joule é o responsável pelo:
- aquecimento de nosso chuveiro pelas resistências elétricas;
- aquecimento de um ferro de passar roupas;
- uma lâmpada acesa, através do encandecer do seu filamento.
1ª. lei de Ohm
O elétron ao percorrer um condutor, sempre encontrará resistência ao seu movimento.
Na primeira lei de ohm, a tensão elétrica (V volts) necessária para que haja corrente (i A) através de uma resistência (R Ω) é representada pela equação:
V = R.i 		ou 		 R = 		ou		 i = 
A tensão V também é representada pela letra U, ou seja, as equações acima podem aparecer da seguinte maneira:
U = R.i 		ou 		 R = 		ou		 i = 
Associação de Resistores
Em circuitos elétricos e circuitos eletrônicos podemos encontrar dois tipos de associação de resistores, são eles:
Em Série
Em Paralelo
Resistores em série (Cálculo de um resistor equivalente)
Neste tipo de associação, se aplicarmos uma tensão entre os polos A e B, surgirá uma diferença de potencial UAB e em cada resistor teremos uma diferença de potencial sendo:
R1		U1
R2		U2
R3		U3
i	 	é a mesma corrente para todos os resistores em série
Pela 1ª lei de ohm temos:
U1 = R1.i 		U2 = R2.i		U3 = R3.i
U = U1 + U2 + U3
Então Temos 			Req . i = R1.i + R2.i + R3.i 
(Simplificando a equação inteira por i)
Req = R1 + R2 + R3	
Resistores em paralelo (Cálculo de um resistor equivalente)
Neste tipo de associação, se aplicarmos uma tensão entre os polos A e B, surgirá uma diferença de potencial UAB, porem a corrente elétrica irá se dividir para cada resistor:
R1		i1
R2		i2
R3		i3
U		é a mesma tensão para todos os resistores em paralelo
Pela 1ª lei de ohm temos:
i1 = 		i2 = 		i3 = 
i = i1 + i2 + i3
Então Temos 			= + + 
(Simplificando a equação inteira por U)
 = + +