Apostila Mecatronica final

Apostila Mecatronica final


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deve ser conectado sempre em paralelo com a fonte geradora ou
então com o consumidor. Ao ser medida uma tensão contínua, é necessário observar a correta
polaridade das ligações do voltímetro.
A CORRENTE ELÉTRICA
O movimento orientado das cargas elétricas denomina-se corrente elétrica. Os portadores
de carga são: elétrons nos condutores elétricos, íons nos líquidos condutores e gases; elétrons e
lacunas nos semicondutores.
Ligando por um fio metálico os fios A e B, nos quais existe uma diferença de número de
elétrons, isto é, entre os quais existe uma tensão, os elétrons passam a fluir, ao longo do eixo do fio,
da região com excesso de elétrons (-) para a região com falta de elétrons (+), até que se estabe-
leça o equilíbrio. Nesse instante a diferença de potencial é zero. Se os elétrons devem fluir
ininterruptamente através do fio, então, a diferença de potencial entre A e B deve ser produzida
continuamente por um gerador de tensão.
Sob ação de uma tensão, os elétrons são animados, além dos movimentos irregulares em
ziguezague provocados pelo calor, por um movimento orientado num determinado sentido, na dire-
ção do eixo longitudinal do fio.
Enquanto os elétrons percorrem aproximadamente 100 km/s no seu movimento de zigueza-
gue, no sentido longitudinal do fio eles percorrem apenas frações de milímetro.
A velocidade dos elétrons, por exemplo, num condutor de cobre, é igual a 0,3 mm/s. Para
percorrer a distância entre São Paulo e Santos, um elétron levaria aproximadamente 6 anos.
Apesar disso, uma lâmpada incandescente, mesmo depois de apagada por longo tempo, acende
imediatamente ao se ligar o interruptor.
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Explicação: nos fios, nos componentes condutores do interruptor e no filamento
incandescente da lâmpada, existem inúmeros elétrons. Todos eles se põem imedi-
atamente em movimento quando o interruptor é fechado. Os elétrons que pene-
tram na ligação colidem com os elétrons imediatamente vizinhos. O choque propa-
ga-se com grande velocidade até o último elétron, apesar dos primeiros elétrons
terem se deslocado de uma distância muito pequena.
LEIS BÁSICAS DA CORRENTE ELÉTRICA CONTÍNUA
Para um circuito elétrico fechado são necessários uma fonte de tensão, um consumidor que
opõe uma resistência à corrente elétrica e condutores elétricos para ligar o consumidor à fonte de
alimentação. O circuito elétrico pode ser fechado, assim como interrompido por meio de um inter-
ruptor (chave). Os pontos de ligação de fonte de tensão denominam-se pólos. Como no pólo nega-
tivo existe excesso de elétrons, e no pólo positivo falta de elétrons, então os elétrons fluem do pólo
negativo, através do condutor, do consumidor e do interruptor fechado, seguindo pelo condutor de
retorno, para o pólo positivo da fonte. Dentro da fonte de tensão, os elétrons fluem do pólo positivo
para o pólo negativo. O valor da corrente é o mesmo no circuito inteiro. Por isso, um medidor de
corrente pode ser intercalado em qualquer ponto de circuito.
Um caminho da corrente elétrica que se fecha entre si mesmo é definido como circuito
elétrico, pois o círculo é o melhor exemplo para um caminho fechado em si mesmo. As partes de um
circuito elétrico são denominadas ramos de um circuito.
Os portadores de carga negativa (elétrons) movimentam-se quando o interruptor é fechado,
do pólo negativo para o pólo positivo. Esse é o sentido de fluxo dos elétrons. Além dos portadores
de carga negativa, existem também os portadores de carga positiva, cujo sentido de movimento,
por exemplo, num acumulador, é do pólo positivo para o negativo. Antes que a física descobrisse a
existência dos elétrons, a direção da corrente estava baseada nos portadores de carga positiva.
À corrente elétrica, opõem-se, num circuito, resistências de diversas magnitudes (resistên-
cia do condutor, do consumidor, etc). A grandeza da corrente elétrica é portanto influenciada pela
grandeza da resistência e pela tensão elétrica.
UNIDADE E SÍMBOLO DA CORRENTE ELÉTRICA
A intensidade da corrente elétrica é dada pelo número de elétrons que fluem, por segundo,
através de um condutor. A unidade fundamental da corrente é o Ampere (símbolo A). Para a corren-
te de intensidade de 1A, através da seção transversal de um condutor, fluem aproximadamente
6,25 trilhões de elétrons por segundo.
Definição oficial: a unidade fundamental de 1A é a intensidade da corrente elétrica constante
com o tempo, que fluindo através de dois condutores retilíneos e paralelos, de comprimento infinito
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e seção circular infinitamente pequena, distanciados de 1 metro, produz entre esses condutores,
em cada metro de comprimento, uma força eletrodinâmica de 2 x 10-7 Newton (N). O símbolo da
corrente é a letra latina I. Os valores instantâneos da corrente são representados pela letra minús-
cula (i).
TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA
\u2022 Corrente contínua: é uma corrente que, ao longo do tempo, não sofre
variações de intensidade nem inversão de polaridade.
\u2022 Corrente alternada: é uma corrente que, ao longo do tempo, varia de
intensidade e sofre constantes inversões de polaridade.
\u2022 Corrente pulsante: ao longo do tempo, somente sofre variações de inten-
sidade, porém conserva a mesma polaridade.
PERIGOS DA CORRENTE ELÉTRICA
CORRENTES ACIMA DE 50 mA (0,05 A) SÃO PERIGOSAS PARA O HOMEM,
SE O PERCURSO DA MESMA PASSAR ATRAVÉS DO CORAÇÃO.
O corpo humano e o corpo dos animais são condutores elétricos. A corrente pode produzir
queimaduras e espasmo musculares. Se a corrente flui através do coração se produz a denominada
\u201cfibrilação dos ventrículos do coração\u201d. As conseqüências disso são a paralisação do coração e da
respiração. Portanto, na prática é necessário observar as medidas de proteção a fim de evitar
acidentes.
AÇÃO DA CORRENTE NO HOMEM:
0,3 mA limite da sensibilidade
1 mA susto
10 mA espasmo muscular
30 mA o homem fica inconsciente
50 mA fibrilação dos ventrículos do coração
Para a medição de correntes elétricas, é utilizado um instrumento chamado \u201camperímetro\u201d.
Outra característica importantíssima da tensão alternada é a freqüência f. A freqüência é defi-
nida como o número de ciclos realizados em um segundo. Como a duração de cada ciclo é T, temos:
f.T =1 ou f =1/T
A unidade de freqüência é o Hz (Hertz) e assim, em termos de unidade, temos:
Hz = 1/S
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O valor máximo da tensão (Emx) é também conhecido como valor de pico (Ep). A amplitude
total do valor máximo negativo da tensão ao seu máximo positivo é conhecida como valor de pico
a pico da tensão (Epp) e temos:
Epp = 2. Ep = 2. Emx
Para especificar a magnitude de uma tensão alternada, não se usa o valor de pico Ep, mas
sim um valor que tem o mesmo efeito que uma tensão contínua de mesmo valor nominal. Esse valor
é chamado de valor eficaz ou valor r.m.s. (root medium square) da tensão alternada. É representa-
do por E e f, sendo dado por:
Eef = Emx /\u221a\u221a\u221a\u221a\u221a2
Por exemplo, uma tensão \u201ce\u201d alternada cujo valor eficaz é 110V causa a mesma dissipação
numa resistência ôhmica que uma tensão contínua de 110V. Inclusive os aparelhos de medida de
tensão (e corrente) alternada fornecem a leitura em valores eficazes. A tensão alternada \u201ce\u201d, sendo
senoidal, pode ser expressa por:
e = Emx.sen
Onde \u201ce\u201d representa o valor instantâneo da tensão alternada e alfa o ângulo de fase ou
simplesmente fase. O ângulo de fase alfa pode ser dado em função da velocidade angular w (ou
pulsação) com que a bobina gira no campo magnético:
\u3b1\u3b1\u3b1\u3b1\u3b1 = \u3c9\u3c9\u3c9\u3c9\u3c9.t
e = Emx sen\u3c9\u3c9\u3c9\u3c9\u3c9t
A velocidade angular w é dada em radianos por segundo (rd/s), podendo ser dada em função
da freqüência:
\u3c9\u3c9\u3c9\u3c9\u3c9 = 2\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0.f = 2\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0/T
e = Emx sen2\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0.f.t
e = (Emx sen2\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0\u3c0/T).t
CONDUTORES E ISOLANTES ELÉTRICOS
\u2022 Condutores elétricos: são substâncias nas quais