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INDICAÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO CAPÍTULO 2 DO LIVRO TEXTO DA DISCIPLINA: FERREIRA, Alex. ELETRICIDADE APLICADA, Rio de Janeiro, 2016. O livro texto pode ser obtido pelo aluno através do seu ambiente virtual. PLANO DE ENSINO APRESENTACAO DO PLANO DE ENSINO/CORRENTE, TENSÃO, RESISTÊNCIA POTÊNCIA ELÉTRICA, ENERGIA E EFICIÊNCIA CIRCUITOS EM SÉRIE, LEI DE KIRCCHORFF DAS TENSÕES, DIVISOR DE TENSÃO CIRCUITO EM PARALELO, LEI DE KIRCHHORFF DAS CORRENTES, DIVISOR DE CORRENTE CIRCUITOS EM SÉRIE E PARALELO, CURTO CIRCUITO E CIRCUITO ABERTO CARACTERÍSTICAS DA TENSÃO E DA CORRENTE ALTERNADAS 1.1 CORRENTE ELÉTRICA Considere um fio de cobre de pequeno comprimento cortado por um plano perpendicular ao seu eixo cujos terminais estão ligados a uma bateria, resultando na seção circular da Figura 1.1. Figura 1.1 – Elétrons 1.1 CORRENTE ELÉTRICA • A bateria, à custa da energia química, acumula cargas positivas em um terminal e negativas em outro. • O terminal negativo funciona como uma fonte de elétrons que são atraídos e se deslocam no sentido do terminal positivo da bateria. • O fluxo de carga (elétrons) através do fio é chamado de corrente elétrica 1.1 CORRENTE ELÉTRICA • A corrente elétrica é definida como a quantidade de carga (couloumb) dividida pela unidade de tempo (s) • A unidade de medida de corrente elétrica é o ampère (A) • Obs: Esta unidade do Sistema Internacional é nomeada em homenagem a André-Marie Ampère. Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ampere 𝐼 = 𝑄 𝑡 (Eq. 1.1) 1.1 CORRENTE ELÉTRICA Exemplo 1.1: A carga que atravessa, a cada 64 ms, a superfície imaginária vista na Figura 1.2 é de 0.16 C. Determine a corrente em ampères. Figura 1.2 1.1 CORRENTE ELÉTRICA Resolução: Utilizando a eq. 1.1: Obs: Não se esqueça de colocar todas as unidades em seu múltiplos do S.I. (Sistema Internacional) https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades 𝐼 = 𝑄 𝑡 = 0.16 𝐶 64𝑥10−3𝑠 = 2,50 𝐴 1.1 CORRENTE ELÉTRICA Exemplo 1.2: Determine o tempo necessário para que 4x1016 elétrons atravessem a superfície imaginária vista na Figura 1.2, se a corrente for de 5 mA. 1.1 CORRENTE ELÉTRICA Resolução: A unidade de carga Coulomb (C) foi definida com a carga associada a 6,242x1018 elétrons. Dessa forma, podemos então calcular a carga associada a 4x1016 elétrons utilizando uma regra de três: 𝑄 = 4𝑥1016 6,242𝑥1018 = 0,00641𝐶 1.1 CORRENTE ELÉTRICA Resolução (cont): Isolando t na equação (1.1) temos: 𝑡 = 𝑄 𝐼 = 6,41𝑥10−3𝐶 5𝑥10−3𝐴 = 1,282𝑠 1.2 TENSÃO • O fluxo de cargas descrito na seção anterior é causado por uma pressão externa ligada à energia que um corpo qualquer tem em virtude da sua posição: energia potencial. • Na bateria mostrada na Figura 1.1, reações químicas internas estabelecem o acúmulo de cargas negativas em um dos terminais, enquanto cargas positivas se acumulam em outro terminal. 1.2 TENSÃO • Esse posicionamento de cargas resulta em uma diferença de potencial entre os terminais. • Se conectarmos os dois terminais através de um condutor, os elétrons acumulados no terminal negativo fluirão para o terminal positivo. • A unidade de medida volt (V) foi escolhida em homenagem a Alessandro Volta “Existe uma diferença de potencial de 1 volt (V) entre dois pontos se acontece um troca de energia de 1 joule (J) quando deslocamos uma carga de 1 coulomb (C) entre esses dois pontos” 1.2 TENSÃO Uma diferença de potencial ou tensão sempre é medida entre dois pontos de um sistema. Alterando-se a escolha de qualquer um desses pontos, pode-se ter uma diferença de potencial diversa da obtida nos pontos anteriores. • Em geral a diferença de potencial entre dois pontos é definida por: 𝑉 = 𝑊 𝑄 (𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠) Eq. 1.2 𝑊 é 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒 𝑄 é 𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 1.2 TENSÃO Exemplo 1.3 Determine a diferença de potencial entre dois pontos de um sistema elétrico, se 60 J de energia forem gastos para deslocar uma carga de 20 C entre esses dois pontos. Resolução: Utilizando a equação 1.2: 𝑉 = 𝑊 𝑄 = 60 𝐽 20 𝐶 = 3 𝑉 1.2 TENSÃO Exemplo 1.4 Determine a energia necessária para mover uma carga de 50𝜇𝐶 através de uma diferença de potencial de 6 V. Resolução: Utilizando a equação 1.2 e isolando W temos: 𝑊 = 𝑄𝑉 = 50𝑥10−6𝐶 6𝑉 = 300𝑥10−6𝐽 = 300𝜇J 1.2 TENSÃO Notação Para distinguir entre fontes de tensão (baterias, geradores, etc) e quedas de potencial nos terminais dos elementos dissipativos, utilizamos a seguinte notação: • 𝑬 para fontes de tensão (volts) • 𝑽 para quedas de tensão (volts) 1.2 TENSÃO Definições • Potencial: a tensão num ponto em relação a outro ponto no sistema elétrico. Normalmente o ponto de referência é o GND (ponto comum ou terra), cujo potencial é definido como zero. • Diferença de potencial: a diferença algébrica de potencial (ou tensão) entre dois pontos de um circuito. • Tensão: quando esse termo aparecer isolado, significa o mesmo que potencial. 1.2 TENSÃO Definições (cont.) • Diferença de tensão: a diferença algébrica de tensão ou de potencial entre dois pontos de um sistema. • Força eletromotriz (fem): força que estabelece o fluxo de carga (ou de corrente) em um sistema graças à aplicação de uma diferença de potencial. 1.3 FONTES DE CORRENTE CONTÍNUA (CC) O símbolo usado para indicar uma fonte de corrente contínua é representado na Figura 1.2 Exemplos: Baterias, célula solar. Figura 1.2 – Símbolo para um fonte de tensão CC 1.4 GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUA (CC) O gerador CC é bastante diferente da bateria, tanto na construção como no modo de operação. Veja a Figura 1.3 Para o propósito desse curso não faremos distinção entre os símbolos de uma bateria e de um gerador. Figura 1.3 – gerador de corrente CC 1.5 FONTES DE ALIMENTAÇÃO A fonte de corrente contínua mais comum em laboratório utiliza os processos de retificação e filtragem Em resumo, uma tensão alternada é convertida em uma tensão contínua. Veja a Figura 1.4. Figura 1.4 – Fonte de alimentação utilizada em laboratório 1.6 RESISTÊNCIA • O fluxo de carga através de qualquer material encontra a oposição de uma força semelhante, em muitos aspectos, ao atrito mecânico. • Essa oposição, resultante das colisões entre elétrons e entres elétrons e átomos do material, que converte energia elétrica em uma outra fonte de energia, tal como a energia térmica, é denominada resistência do material. • A unidade de medida é o ohm, cujo símbolo é a letra grega Ω 1.6 RESISTÊNCIA 1.6 RESISTÊNCIA (cont.) O símbolo utilizado em diagramas de circuitos para representar a resistência aparece na Figura 1.5 • e de medida é o ohm, cujo símbolo é a letra grega Ω Figura 1.5 – Símbolo de resistência 1.7 TIPOS DE RESISTORES 1.7.1 Resistores fixos Os resistores podem ser divididos em dias categorias: fixos e variáveis. O mais comum dos resistores fixos de baixa potência é o resistor de carbono moldado como visto na Figura 1.6Figura 1.6 – Resistor fixo de carbono 1.7 TIPOS DE RESISTORES 1.7.2 Resistores variáveis Os resistores podem ter sua resistência alterada ao girar um botão, parafuso ou o que for apropriado. Normalmente possui três terminais e é conhecido como potenciômetro ou reostato. O símbolo do potenciômetro é mostrado na Figura 1.7 Figura 1.7 – Potenciômetro: (a) símbolo; (b) e (c) conexões tipo reostato; (d) símbolo de reostato 1.7 TIPOS DE RESISTORES 1.7.2 Resistores variáveis Figura 1.8 – Potenciômetro e seu esquema 1.8 CÓDIGO DE CORES • Há uma grande variedade de resistores, fixos e variáveis, suficiente para ter o valor da resistência escrita, em ohms, em seu encapsulamento. Entretanto alguns são pequenos e dessa forma não é possível ter esse valor impresso em seu corpo. Para esses resistores se utiliza o sistema de código de cores. 1.8 CÓDIGO DE CORES (cont.) Figura 1.9 – Código de cores Fonte: http://www.arduinoecia.com.br/2013/08/codigo-de-cores-de-resistores.html ATIVIDADE ESTRUTURADA Nº 1 Pesquise, no livro texto ou em seu material de estudo e descreva o processo de condução da corrente elétrica em um material condutor de corrente elétrica. Responda as seguintes perguntas: 1. Como se chama a lei que relaciona as três grandezas básicas em um circuito elétrico e quais são estas três grandezas? 2. Por um resistor conectado a um circuito circula uma corrente de 2,4 A. Qual é a quantidade de carga elétrica em coulombs que atravessa o resistor no período de 2 min. 3. Qual é a característica principal da estrutura atômica de um material que faz com que ele seja bom condutor de eletricidade? Entregar na próxima aula: Atividade individual em formato de relatório. INSTRUÇÕES A atividade estruturada é individual, deve ser apresentada sob forma de um relatório contendo o circuito obtido, com todos os valores dos componentes e todos os cálculos que tiverem sido necessários e deve ter as seguintes informações: Atividade Estruturada nº 1, nome do aluno, nome do professor, nome da disciplina, nome do curso e data. Essas instruções servem para todas as atividades propostas. Bibliografia Boylestad, Robert L. Introdução a Análise de Circuitos. São Paulo, . 10ª Ed. LTC, 2014.