Apostila Mecatronica final

Apostila Mecatronica final


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O quociente entre o trabalho realizado e o valor da carga elétrica define a tensão elétrica.
TENSÃO ELÉTRICA - LEI DE COULOMB
Sabendo-se que cargas elétricas exercem forças entre si, Coulomb determinou, atra-
vés de experiências, a intensidade e o alcance dessas forças elétricas. Com ajuda de
uma balança de torção por ele construída, determinou o seguinte: \u201cA força de atração
ou repulsão entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto das
cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas\u201d.
Temos a fórmula:
Q1 x Q2F = __________
 r2
Para poder calcular a força através dessa lei, foram definidas, posteriormente, as
unidades de medida. Como unidade de carga elétrica Q, foi definido 1 Coulomb (C).
1 C = 1 As;
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1 C = carga elétrica de 6,25 x 1018 elétrons.
Obs.: 1 Coulomb é igual à carga elétrica Q que atravessa a seção de um condutor
durante um segundo, em condições de corrente constante de 1 Ampere.
De acordo com o sistema internacional de unidades, a lei de Coulomb diz:
 Q1 x Q2F = _____________
4\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0 x \u3b5\u3b5\u3b5\u3b5\u3b50 x r
2
A força é obtida em Newton (N), quando as cargas Q forem dadas em Coulomb e a distância
r em metros, e a constante dielétrica
100e0= 8,854 x 10
-12As
 _________
 Vm
LINHAS DE FORÇA DO CAMPO ELÉTRICO E FORMAS DO CAMPO
Com ajuda das linhas de forças imaginárias, é possível visualizar a causa da atração ou
repulsão dos corpos eletricamente carregados, mesmo sem se tocarem. O fenômeno também é
observado no vácuo.
Obs.: O espaço onde atuam as forças elétricas de uma carga denomina-se Campo Elétrico.
Esse campo é preenchido por linhas de força elétrica e nele manifestam-se forças sobre
outras cargas elétricas.
Determinou-se que de uma carga elétrica positiva saem, radialmente e em todas as dire-
ções, as linhas de força. Elas terminam em uma carga elétrica negativa, situada a uma distância
arbitrária. As linhas de força de um Campo Elétrico nunca terminam no espaço livre. Os campos
elétricos são produzidos por duas cargas de um mesmo sinal (ação de repulsão) e por duas cargas
de sinais contrários (ação de atração).
SEPARAÇÃO DAS CARGAS E TENSÃO ELÉTRICA
Introduzindo em um campo homogêneo (constante em todos os pontos) reinante entre duas
placas metálicas carregadas de eletricidade de sinais opostos, um corpo com carga elétrica negati-
va, que apresenta uma quantidade de carga constante Q, percorrerá uma distância S de um ponto
inicial P1 até um ponto final P2 .
Nesse movimento, as forças do campo realizarão um trabalho W = F x S, que é proporcional
à quantidade de carga Q, Portanto, a relação W/Q é uma grandeza independente de Q e relacionada
com as distâncias entre P1 e P2. Portanto, a tensão elétrica é determinada pelo trabalho W, liberado
no transporte de uma unidade de carga.
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Obs.: A Tensão Elétrica E entre dois pontos é calculada pela razão entre o trabalho de trans-
porte W e a carga transportada Q:
W
E = ___
Q
Diferença de potencial - tensão elétrica
Se uma carga negativa Q1 for transportada da placa metálica à esquerda até o ponto P1, o
trabalho gasto é armazenado na forma de energia potencial. Dizemos que entre as duas cargas
separadas existe um potencial elétrico.
 Energia potencial Wp1Potencial Elétrico = 
______________________________
 Quantidade CargaQ1
Se uma outra carga negativa Q2 for transportada até o ponto P2 , então o trabalho armaze-
nado com energia potencial é sensivelmente maior do que no caso da carga Q1. Freqüentemente
costuma-se admitir, com a finalidade de comparação, que o potencial da Terra ou de um ponto
qualquer de referência é zero.
Por exemplo, se um circuito elétrico está em contato com o chassi, então cada um dos
pontos do circuito tem seu próprio potencial em relação ao chassi. Dois pontos que possuem poten-
ciais diferentes apresentam uma diferença de potencial. A diferença de potencial é denominada
tensão elétrica.
Logo, tensão = gasto de energia por unidade de carga.
PRODUÇÃO DE TENSÃO ELÉTRICA
A tensão elétrica se obtém por separação de cargas, isto é, os portadores de cargas elétricas
positivas e negativas dos átomos eletricamente neutros devem ser separados entre si. Para a
separação deve-se consumir trabalho. As tensões podem ser produzidas de diversas maneiras:
\u2022 Por ação química (elemento, acumulador)
\u2022 Por ação magnética (gerador)
\u2022 Por ação térmica (par termo-elétrico)
\u2022 Por ação luminosa (fotoelemento)
\u2022 Por ação de pressão sobre cristais (efeito piezo-elétrico)
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TENSÃO NORMALIZADA
Os aparelhos elétricos são constituídos unicamente para tensões normalizadas. De acordo com
a norma DIN 40001, devem ser utilizadas tensões contínuas e alternadas entre 1 e 100 Volts, cujos
valores são iguais aos da série principal: 2, 4, 6, 12, 24, 40, 42, 60 e 80 Volts. Campos de aplicação:
comunicações, instalações de baixa tensão, aparelhos eletromedicinais, carrinhos elétricos, etc. De
preferência devem ser aplicadas como tensões industriais para instalações elétricas de alta tensão,
tensões contínuas de 110, 220 e 440 Volts. Para estradas de ferro: 600, 750 1200, 1500 e 3000
Volts. Para instalações monofásicas com 16.1/2 Hz e trifásicas com 60 Hz, devem ser usadas princi-
palmente: 127, 220, 380, 440, 6000, 15000, 30000, 60000, 100000 e 200000 Volts.
UNIDADE E SÍMBOLO DA TENSÃO ELÉTRICA
A maioria das unidades usadas na eletrotécnica é denominada pelo nome dos cientistas que
se destacaram nos trabalhos em eletrotécnica. A unidade de tensão no sistema internacional de
unidades é o Volt (símbolo: V).
Veja na tabela abaixo os prefixos para designar múltiplos e submúltiplos das unidades (válido
para todas as unidades):
TABELA 5
T .............................. Tera ............................ 1012
G.............................. Giga ............................ 109
M ............................. Mega ........................... 106
K.............................. Quilo ........................... 103
h .............................. hecto .......................... 102
d .............................. deci ............................. 10-1
c .............................. centi ........................... 10-2
m ............................. mili ............................. 10-3
\u3bc\u3bc\u3bc\u3bc\u3bc .............................. micro .......................... 10-6
n .............................. nano............................ 10-9
p .............................. pico ............................. 10-12
f............................... femto .......................... 10-15
a .............................. atto ............................. 10-18
TIPOS DE TENSÕES ELÉTRICAS
De acordo com a forma de obtenção da tensão elétrica podemos ter tensões invariáveis no decor-
rer do tempo ou tensões que oscilam invertendo seu sinal ou oscilam variando somente sua amplitude. A
tensão contínua normalmente é obtida em baterias, pilhas, estendendo-se também a denominação de
tensão contínua para todo sinal em que não ocorra polaridade, embora seja um sinal pulsante.
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Na tensão alternada existe a inversão da polaridade certo número de vezes em um determi-
nado espaço de tempo, para essa característica define-se a freqüência do sinal.
 1 1 1 1
f = __ = __________ = 60Hz f = ___ = ________ = 1000Hz ou 1khz
 T 0,0166 T 0,001
Vmáx = 311 volts Vmáx = 24v
onde: T = período em segundo
f = freqüencia em seg1 ou hertz
V máx = tensão máxima em volts
MEDIDA DE TENSÃO ELÉTRICA
Para a medida de tensões elétricas é utilizado um instrumento chamado \u201cvoltímetro\u201d. Ao ser
medida uma tensão, o voltímetro