CTM - Estudo dirigido 2 - 2013-2 (novo)

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Universidade Federal de Uberlândia - UFU 
Engenharia de Controle e Automação 
Prof. Aniel Silva de Morais, aniel@eletrica.ufu.br Sala: 3N222 
 
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2013-2 / 2ª Estudo dirigido de CTM CTM – Ciência e Técnologia dos Materiais 
 
1ª Estudo Dirigido de CTM 
Entrega: 18/02/2014 
 
 
Nomes:_____________________________________________________ 
 
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Formulário: 
MM N I= ⋅ = ⋅φℝF , A= µ ⋅
ℓ
ℝ , B H= µ ⋅ , de
dt
λ
= , N L iλ = φ = ⋅ , 
2NL =
ℝ
; 
 
QUESTÃO 1: Os materiais magnéticos também podem ser classificados, de acordo com 
os seus domínios magnéticos, em dois tipos: (a) materiais magnéticos duros e (b) 
materiais magnéticos moles, macios ou doces. Explique a diferença entre estes dois 
tipos e dê um exemplo de aplicação de cada um deles. 
 
QUESTÃO 2: Defina: 
a) Material Intrínseco 
b) Dopagem 
c) Material Extrínseco 
d) Material tipo P 
e) Material tipo N 
 
QUESTÃO 3: Explique como é formada a camada de depleção e como se dá a condução 
de corrente nos diodos (junção P-N) nas seguintes situações: 
a) Sem polarização; 
b) Com polarização direta; 
c) Com polarização reversa. 
 
QUESTÃO 4: Esboce a curva de magnetização típica de um material ferromagnético, 
identifique suas principais regiões e comente a respeito. 
 
QUESTÃO 5: Explique o princípio de funcionamento do um eletroímã e cite 02 (duas) 
aplicações, tecendo comentários a respeito. 
 
QUESTÃO 6: Desenhe as formas de onda de tensão nas resistências R1 e R2 em relação à 
forma de onda da tensão da fonte Vi, definindo as suas respectivas amplitudes tanto no 
semiciclo positivo quanto no negativo. 
 
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QUESTÃO 7: Um transformador com 100 espiras no enrolamento primário e 50 espiras 
no enrolamento secundário alimenta uma carga de 10Ω. Esta carga solicita uma corrente 
de 20 A no lado secundário do transformador. Imaginando que não haja quedas de 
tensão internas no mesmo, calcule: 
a) A corrente no enrolamento primário e no enrolamento secundário. 
b) A tensão no enrolamento primário e no enrolamento secundário. 
c) A potência transferida do primário ao secundário. 
 
QUESTÃO 8: Projete um resistor para a ser colocado em série com um LED que será 
alimentado por uma fonte de 12Vcc. Sabe-se que o LED atingirá sua maior iluminação 
quando for alimentado com uma corrente de 20mA e assim, sua queda de tensão será de 
2V. Qual o valor do resistor a ser utilizado? 
 
QUESTÃO 9: Se um transistor NPN com beta igual a 100, tiver uma corrente de base de 
1mA, qual será a corrente de coletor deste transistor? 
 
QUESTÃO 10: Explique o que é uma curva de histerese ou B-H, desenhe uma. 
 
QUESTÃO 11: O que são as leis de faraday e de lens? 
 
QUESTÃO 12: Para um circuito magnético: 
a) Qual a relutância de um circuito magnético cujo comprimento 1l cm= , 
permeabilidade magnética 1000
r
µ = , 21A cm= ? 
b) Se este circuito possui um indutor cm 100 espiras e é alimentado com uma 
corrente de 100mA, qual a força magnétomotriz? 
c) Qual o fluxo magnético? E a densidade de fluxo? E a intensidade de campo? 
 
QUESTÃO 13: Responda de forma clara e objetiva 
a) Esboce o laço de histerese (curva B-H) de um material magnético. 
b) O que é Magnetização remanescente (
r
B )? 
c) O que é espraiamento de fluxo magnético? 
d) Por que os núcleos de materiais ferromagnéticos não são maciços e sim 
laminados? 
e) O que é fator de empilhamento do núcleo? 
f) Qual o percentual típico de terceira harmônica na corrente de excitação do 
transformador e por que esta corrente não apresenta apenas a componente 
fundamental? 
 
 
 
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QUESTÃO 14: Marque (V) para as alternativas verdadeiras e (F) para as falsas. Atenção! 
Cada duas respostas erradas anularão uma correta. 
 
( )__ Para um indutor ideal, a corrente de excitação é composta pela parcela da 
corrente de magnetização e da corrente de perdas. 
( )__ O fluxo de dispersão é o fluxo que não fica confinado no núcleo, ele 
armazena energia, porém, não a transfere por acoplamento magnético a outro 
enrolamento. Podemos afirmar que a dispersão é um problema importante no 
projeto de um transformador. 
( )__ Para a indutância de um circuito magnético ser constante, é necessário que 
a relação entre a densidade de fluxo e a intensidade de campo seja linear. 
( )__ As perdas no núcleo de um indutor ou transformador podem ser divididas 
em perdas por correntes parasitas, perdas por histerese e perdas por efeito joule 
nos condutores dos enrolamentos. 
( )__ No modelo do núcleo de um indutor ou transformador, utiliza-se um 
indutor para modelar a característica de magnetização deste núcleo. Entretanto é 
importante observar que o comportamento real do núcleo não é linear. 
 
QUESTÃO 15: Você deve projetar um circuito eletrônico que permita o acionamento de 
uma lâmpada incandescente de 220V/200W que será alimentada pela tomada da rede 
elétrica, entretanto acionamento será comandado por um sinal digital proveniente de um 
Arduino (é um microcontrolador extremamente popular e de fácil manuseio). Quando a 
saída do Arduino for de 0V a lâmpada será apagada, quando a saída for de 5V, a 
lâmpada será acesa. Utilize um transistor BC337 e adote um 150feh = . Utilize um relé 
cuja bobina precisa ser alimentada com 12V/300mA, não se esqueça do diodo de roda 
livre. Monte o circuito e calcule o resistor de base necessário para se ter uma saturação 
forte. 
 
QUESTÃO 16: Explique o que seria a modulação PWM e o que é razão cíclica? 
 
QUESTÃO 17: Para um motor CC 12V/500mA, um transistor 200feh = , e um PWM de 0 
a 5V. Veja figura abaixo: 
 
 
 
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(a) Calcule o valor do resistor de base. 
(b) Para uma razão cíclica de 30% ou D=0,3, qual a forma de onda da corrente e da 
tensão no motor cc? 
(c) Qual a forma de onda da corrente no diodo de roda livre? 
(d) Qual a forma de onda da tensão e da corrente no transistor? 
(e) Qual a função do diodo de roda livre? 
 
QUESTÃO 18: Projete uma fonte de alimentação completa que possua um diodo zener 
para regulação, desenhe o circuito completo e especifique os valores do capacitor, diodo 
zener e resistor de zener. 
Dados: A fonte deve fornecer 12V/50mA regulados, para tal você já possui: 
1 Transformador 220V ou 127V no primário e 18V/200mA no 
secundário. 
1 Diodo zener de 12V/1W. 
4 diodos 1N4001