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E201 – Circuitos Elétricos I APRESENTAÇÃO Prof.: Carlos Roberto dos Santos 1º Semestre de 2018 2EMENTA Conceitos físicos das grandezas elétricas fundamentais. Elementos e estruturas constitutivas típicas dos circuitos elétricos. Fundamentos de eletricidade aplicada e leis básicas como elementos fundamentais de análise de circuitos elétricos. Métodos e teoremas principais para análise de circuitos elétricos. 3Objetivos Gerais Ao final do curso espera-se que os alunos sejam capazes de entender a estruturação dos circuitos elétricos em corrente continua pura, resistivos puros ou incluindo diodo, transistor ou amplificador operacional, todos com comportamento ideal, através dos diversos tipos de associações de componentes para sua formação, quais sejam, série paralela, mista ou nenhuma delas. Quando se tratar de circuito contendo diodo, transistor ou amplificador operacional, as informações próprias de cada um destes componentes que forem necessárias à análise, sempre relacionada à polarização, deverão ser fornecidas de forma direta, contudo, sem que tais componentes sejam objeto de estudos na disciplina. 4Objetivos Gerais Ainda, capacitar os alunos a analisar circuitos elétricos, usando as principais técnicas de análises de circuitos dos tipos anteriormente descritos, com aplicação das leis de Ohms, leis de Kirchhoff, teorema de Thévenin, teorema de Norton, teorema da Superposição, teorema da Máxima Transferência de Potência e dos métodos de análise nodal e das malhas. Espera-se que os alunos, tendo adquirido a habilidade de analisar circuitos dos tipos propostos, sejam também capazes de aplicá-la em circuitos mais elaborados, com a percepção das diferenças que eles introduzem em relação aos circuitos estudados em Circuitos Elétricos I. 5Relacionamento com Outras Disciplinas Relaciona-se de forma direta com as demais disciplinas de Circuitos Elétricos e com as disciplinas de Eletrônica. No geral, é importante pré-requisito para as disciplinas que envolvem análise de circuitos de uma forma geral. 6Procedimentos de Ensino Aulas expositivas com recursos multimídia, simulações com aplicativos específicos, trabalhos em sala de aula e em atividades extra-classe, individualmente ou em grupos e assistidos pelo professor de fora presencial ou virtual. Uso de componentes, aparelhos e medidores eletroeletrônicos. 7Critérios e Procedimentos de Avaliação AVALIAÇÃO - PARTE TEÓRICA Serão aplicados duas provas teóricas (PV1 e PV2) regularmente distribuídas ao longo do semestre. NP1 = PV1*0,8 +AE1*0,2 NP2 = PV2*0,8 +AE2*0,2 onde PV1 e PV2 são as provas escritas, AE1 e AE2 são atividades de exercícios. NPT = (NP1+NP2)/2 8Critérios e Procedimentos de Avaliação AVALIAÇÃO - PARTE PRÁTICA Será aplicado um teste prático (TP) no final do semestre e Atividades Extraclasse regularmente distribuídas ao longo do semestre. NL1 = TP NL2 = NAE Onde TP é a nota do Teste Prático e NAE é a média aritmética das atividades Extraclasse realizadas ao longo do semestre. A Nota Parcial do Laboratório é dada por: NPL = (0,7*NL1+0,3*NL2) 9Critérios de Aprovação NOTA FINAL DE APROVEITAMENTO (NFA) 1ª Condição: Se NPT >= 60 e NPL >= 60, o aluno está dispensado de realizar a NP3 e será considerado APROVADO sendo: NFA = (NPL * 0,3 + NPT * 0,7) 2ª condição: Se NPT < 30 ou NPL < 30, o aluno está dispensado de realizar a NP3 e será considerado REPROVADO sendo a NFA a MENOR NOTA entre NPT e NPL. 10Critérios de Aprovação 3ª Condição: Se as duas condições anteriores não forem satisfeitas, o aluno deverá fazer a NP3, constituída de uma avaliação com cobertura de todo conteúdo da disciplina, envolvendo as partes práticas e teóricas com os respectivos pesos. Neste caso, a Nota Final de Aproveitamento (NFA) será formada da seguinte maneira: Nota Parcial Teórica Alterada: NPTA = (NPT + NP3) / 2 Nota Parcial de Laboratório Alterada: NPLA = (NPL + NP3) / 2 Se NPTA >= 50 e NPLA >= 50 então o aluno será considerado APROVADO sendo: NFA= (NPLA * 0,3 + NPTA * 0,7) Se NPTA < 50 ou NPLA < 50 então o aluno será considerado REPROVADO sendo: NFA = a MENOR NOTA entre NPTA e NPLA 11Avaliação Substitutiva Será oferecida uma única prova substitutiva, abrangendo todo o conteúdo programático da disciplina, a ser realizada ao final do semestre letivo, que poderá ser feita pelos alunos que perderem uma ou mais provas teóricas, substituindo uma única prova perdida. Para fazer a prova substitutiva, o aluno deverá fazer, em até dois dias úteis contados a partir do dia seguinte ao da prova perdida, um requerimento na Seção de Registros Acadêmicos (SRA) destinado ao coordenador do curso. Este requerimento deverá ser acompanhado de um documento que justifique a ausência na prova, sem o que ele estará indeferido. 12Avaliação Substitutiva Os eventos que permitirão a realização da prova substitutiva, desde que sua ocorrência impeça o comparecimento à prova, serão: problema de saúde comprovado por atestado médico; convocação da justiça; convocação militar; representação institucional; falecimento de parente de primeiro ou segundo grau (cônjuge, pais, avós, filhos ou irmãos) ocorrido até dois dias antes da realização da prova. Não haverá avaliação substitutiva das atividades de laboratório. Especificamente para disciplinas somente práticas: A avaliação substitutiva substituirá somente a nota NP3. 13Referência Bibliográfica Básica 1. BOYLESTAD, Robert; NASCIMENTO, José Lucimar do; PERTENCE JÚNIOR, Antonio, Introdução à análise de circuitos. São Paulo, SP: Pearson Prentice Hall, 2004. 2. IRWIN, J. David; AGUIRRE, Luis Antônio; AGUIRRE, Janete Furtado Ribeiro, Análise de circuitos em engenharia. 4 ed. São Paulo, SP: Makron Books, 2000. 3. JOHNSON, David E.; HILBURN, John L.; JOHNSON, J. Richard, Fundamentos de análise de circuitos elétricos. 4 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2000. 14Referência Bibliográfica Complementar 1. DORF, Richard C.; SVOBODA, James A.; BIASI, Ronaldo Sérgio de, Introdução aos circuitos elétricos. 7 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2008, 795 p. ISBN 978-85-216-1582-8. 2. EDMINISTER, Joseph A.; BLANDY, Lauro Santos; FARIAS, Rodrigo Araês Caldas, Circuitos elétricos: 280 problemas resolvidos, 325 problemas propostos. 2 ed. São Paulo, SP: McGraw-Hill, 1985, 421 p. ISBN 85-363-0551-7. 3. FINK, Donald G.; BEATY, H. Wayne, Standard handbook for electrical engineers. 11 ed. New York, NY: McGraw-Hill, 1978, 514 p. ISBN 07-020973-1/0-07-020974-X. 4. NASAR, Sayed Abud; NASAR, Sayed Abud, 3000 solved problems in electric circuits: Three thousand solved problems in electric circuits. New York, NY: McGraw-Hill, 1988, 760 p. ISBN 0-07045936-3. 5. NILSSON, James W.; RIEDEL, Susan A.; MARQUES, Arlete Simille, Circuitos elétricos. 8 ed. São Paulo, SP: Pearson Prentice Hall, 2009, 574 p. ISBN 978-85-7605-159-6. 6. IEEE Transactions on Circuits and Systems. Part I: Fundamental Theory and Applications. Periódico publicado pelo IEEE. 15DATAS DE PROVAS - PROPOSTA 1ª PROVA: Dia 24 (turma D) 25 (turma B) de Abril; 2ª PROVA: Dia 26 (turma D) 27 (turma B) de Junho; *NP3: Dia 03 (turma A) e 04 (turma B) de Julho; *Prova Sub: (*Datas definidas pelo Inatel) SABEDORIA NÃO SE PODE ENSINAR COISA ALGUMA A ALGUÉM, PODE-SE APENAS AUXILIÁ-LO A DESCOBRIR POR SI MESMO. Galileu Galilei (1546 – 1642) Capítulo 1 Introdução Prof.: Carlos Roberto dos Santos 2º Semestre de 2017 E201 – Circuitos Elétricos I 1.1. Um pouco de História da Eletricidade • A história demonstra que um pequeno avanço isolado pode ser a chave para levar a ciência a um novo nível e impacto social. • Final do século XVIIIe começo do XIX diversas teorias e descobertas foram fundamentais para a evolução e compreensão da eletricidade. Cada novo conceito aumentava-se o número de possíveis áreas de aplicação como rádio, televisão, computadores e ao mesmo tempo também a telegrafia, telefonia, geração de energia, gravação de áudio, eletrodomésticos etc. • Entre os cientistas da época existia uma certa colaboração mutua entre eles, os resultados de uns auxiliava na pesquisa do outro. Não agiam isoladamente nos inventos como pode se pensar. Muitas unidades de medidas receberam o nome de cientista importantes que contribuíram nos estudos dos fenômenos elétricos iniciais. 1. Introdução 1.2. O Começo • Os fenômenos da eletricidade estática era conhecido desde a antiguidade, como uma brincadeira, porém nenhum estudo sistemático foi feito até 1600; • 1600 – Willian Gilbert retomou as pesquisa da eletricidade estática. Anos seguintes a eletrostática foi estudada por Otto Von Guericke (primeiro gerador eletrostático), e Stephen Gay (consegui transmitir cargas elétricas a grandes distância por meio de fio de seda). Charles DuFay demonstrou que existiam cargas que se atraem e que se repelem, levando a crer em dois tipos de cargas – teoria aceita até hoje (positiva e negativa). • Muitos historiadores defendem que o começo da era da eletricidade está associado com as pesquisas de Pieter Van Musschenbroek, garrafa de leiden que armazenava cargas elétricas e dava choque (1745) e Benjamin Franklin que utilizou a garrafa de Leyden (1752) para demonstrar que o relâmpago é simples descarga elétrica. 1. Introdução • 1784 – Charles Coulomb demonstrou em Paris que a força entre duas distribuição de cargas esfericamente simétricas é inversamente proporcional a distância entre seus centros. • 1791 – Luigi Galvani (prof. De anatomia na Univ. de Bolonha) demonstrou a existência de eletricidade no corpo de qualquer animal. • 1799 – Alessandro Volta desenvolveu a primeira bateria capaz de produzir eletricidade a partir da reação química de um metal com ácido. • 1820 – Hans Christian Oersted (físico sueco) descobriu a relação entre o magnetismo e a eletricidade. No mesmo ano André Ampére demonstrou a força de atração e repulsão entre condutores percorridos por corrente elétrica. • 1826 a 1827 – O Físico alemão Georg Ohm apresentou uma importante relação entre diferença de potencial, corrente e resistência, conhecida hoje como lei de Ohm. 1. Introdução • 1831 – O Físico inglês Michael Faraday descobriu a indução eletromagnética, observando que uma variação da corrente elétrica em uma bobina pode induzir corrente variável em outra bobina, mesmo sem conexão elétrica entre ambas. Faraday também trabalhou extensamente no aperfeiçoamento do componente destinado a armazenar carga elétrica, que denominou condensador (capacitor). • James Clerk Maxwell, filosofo escocês, realizou exaustiva análise matemática, apresentando um conjunto de equações conhecidas hoje como “Equações de Maxwell” em que relacionam-se os efeitos elétricos e magnéticos. Como conseqüência Maxwell desenvolveu em 1862 a teoria eletromagnética da luz, segundo a qual todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo à velocidade da luz ( 3.108 m/s. 1. Introdução • 1888 – O Físico alemão Heinrich Rudolph Hertz realizou experiências com ondas eletromagnéticas de freqüência menor que a da luz (microondas), testando as previsões de Maxwell com sucesso. • 1890 – O prof. Gustav Robert Kirchhoff introduziu diversas leis relacionando tensões e correntes. • 1895 – O físico alemão Wilhelm Ronteng, descobriu ondas eletromagnéticas de alta frequência que foram chamadas por ele de raio X, denominação usada até hoje. • No final do século XIX já estava estabelecido um grande numero de equações, leis e relações, e várias áreas de estudo envolvendo eletrônica, geração de energia elétrica e construção de máquinas de calcular começaram a se desenvolver como campos de aplicação. 1. Introdução 1. Introdução 1.3. A Era da Eletrônica • Rádio: 1890 a 1930 • Televisão: 1930 em diante, sendo em 1946 o grande avanço. TV colorida tornou-se popular a partir de 1960. • Computadores: todas as máquinas de calcular são mecânicas até 1930. Os sistemas totalmente eletrônicos só começaram a ser utilizados a partir de 1940, com a a válvula. 1.4. A Era dos Semicondutores • 1947 foi desenvolvido o primeiro transistor semiciondutor. • 1958 na Texas Instruments, foi desenvolvido o primeiro circuito integrado. • 1961 a Fairchild Corporation lança o primeiro circuito integrado comercial.A partir do século XX o crescimento foi exponencial, o que nos intriga o que acontecerá no futuro. Circuitos Elétricos I – NP 202 Capítulo 2 Corrente e Tensão Prof.: Carlos Roberto dos Santos 2.1. Corrente Elétrica Corrente Elétrica: definida como sendo o movimento ordenado de cargas elétricas no interior de um condutor ou de alguns líquidos, motivado por uma diferença de potencial (ddp) entre as extremidades do condutor ou do líquido, dando-lhes um sentido definido de movimento (de A para B, de B para A ou ambos, de forma alternada). Este movimento é organizado a partir da ação de um campo elétrico que irá atuar sobre as cargas elétricas. 2. Corrente e Tensão 2.1. Corrente Elétrica São necessárias duas condições para que se possa estabelecer uma corrente elétrica entre dois pontos 1) Deve haver um percurso (meio) entre os dois pontos, ao longo do qual as cargas possam se movimentar. A maior ou menor facilidade de movimento das cargas elétricas através do meio depende da natureza do meio (condutor, semi-condutor, isolante). 2) Deve existir uma Diferença de Potencial (ddp) entre os dois pontos. 2. Corrente e Tensão V => Diferença de Potencial entre os pontos A e B; V=VA-VB Meio (Fio) Condutor Meio (Fio) Condutor Bateria (Gerador) 2.2. Carga Elétrica São partículas dotadas de uma propriedade especial que produzem em torno delas uma região do espaço dentro da qual outra carga elétrica (carga de prova) fica submetida a uma força de atração ou de repulsão. Esta região é denominada campo de forças elétricas, ou simplesmente campo elétrico, e a força entre as partículas é denominada de força elétrica. O campo elétrico é similar ao campo gravitacional da terra. 2. Corrente e Tensão N d qQ kF . 20= Esta propriedade de exercer uma força e deslocar outras cargas configura a capacidade de realização de um trabalho e, portanto, a carga elétrica possui uma forma de energia. É a esta forma de energia, capaz de permitir a ação de uma força sobre uma carga elétrica, que se denomina de Energia Elétrica. 2.2. Carga Elétrica Exemplos de Cargas Elétricas (partículas carregadas): • Elétrons (carga negativa); • Prótons (carga positiva); • Íons (átomos que perderam ou ganharam elétrons); Na prática, a corrente elétrica é formadas por movimentos ordenados de elétrons, de íons ou de ambos; Não é possível se organizar o movimento de prótons, tal a força que os “prende” em suas posições nos átomos (no núcleo); Estes movimentos, porém, não podem ser organizados de forma significativa, do ponto de vista prático, em qualquer meio. Somente alguns possuem características especiais com propriedades de serem condutores de cargas elétricas (elétrons e/ou íons), daí a denominação que recebem de Condutores Elétricos. 2. Corrente e Tensão 2.3. Os Átomos e sua Estrutura Numero de elétrons por órbita: K = 2 L = 8 M = 18 N = 32 O = 32 P = 18 Q = 2 2. Corrente e Tensão 2.4. Estruturas Distintas nos Átomos Núcleo: • É constituído por prótons e nêutrons e possui carga elétrica positiva; • Nêutron: não tem carga elétrica. • Próton: tem carga elétrica positiva; +e = 1,6.10-19C. (C=Coulomb) • Os raios orbitais são da ordem de 10-15metros, sendo aproximadamente 25.000 vezes maior que a dimensão característica do núcleo. • Cargas de mesmo sinal se repelem e de sinal contrário se atraem. Órbitas: • Camadas ao redor do núcleo, em número de 7 (K, L, M, N, O, P, Q), onde estão localizados os elétrons no átomo . 2. Corrente e Tensão • Elétrons: Carga elétrica negativa, de mesmo valor absoluto que a do próton, e vale e = -1,6.10-19C. • No mesmo átomo o número de elétrons é igual ao de prótons, o que torna o átomo eletricamente neutro. • Os elétrons giram ao redor do núcleo, dispostos nas várias órbitas. • A distribuição dos elétrons nessas órbitas é conhecida, sendo que para cada órbita há um número máximo de elétrons admissível. • A distância dos elétrons ao núcleo é muito grande, comparada ao tamanho do núcleo. • A distribuição dos elétrons em torno do núcleo parece um sistema solar em miniatura. 2.4. Estruturas Distintas nos Átomos 2. Corrente e Tensão 2.5. Força entre as Partículas do Átomo As cargas elétricas se atraem ou repelem conforme Lei de Coulomb, que diz: N) ,(2 21 Newtond QQkF = • O núcleo, com carga positiva, provoca nos elétrons, com carga negativa, intensa força de atração, principalmente nos elétrons da primeira camada. • Para as camadas mais distante do núcleo a força de ligação diminui, atingindo seu menor valor para a camada mais distante. • Devido a força de atração mais fraca nas ultimas camadas, a remoção de um elétron da ultima camada consome menos energia que a remoção de elétrons das primeiras camadas. • Também é mais fácil remover elétrons cujas camadas mais externas são incompletas, o que facilita a mobilidade destes elétrons fracamente preso ao núcleo. 2. Corrente e Tensão k = constante eletrostática ou Constante de Coulomb 2.6. O Material Cobre • O cobre, é o material mais utilizado na indústria eletroeletrônica; • Possui o número atômico 29, apresentando somente um elétron na última camada (N). • Essa camada N incompleta, com apenas um elétron, e a distância em relação ao núcleo nos sugere que este último elétron está fracamente ligado ao restante do átomo de cobre. • Se este último elétron receber energia de fonte externa poderá se liberar do átomo, passando a ser chamado elétron livre; • Em 1 cm cúbico de cobre existem, aproximadamente 9x1022 elétrons livres. • Outros metais que apresentam características semelhantes ao do cobre são: ouro, prata, alumínio e o tungstênio. 2. Corrente e Tensão 2.6. O Material Cobre – Estrutura Atômica 2. Corrente e Tensão Exercício: Qual a intensidade da força eletrostática entre o 29º elétron e o próton, no átomo de cobre, se o raio é de 1,5x10-11m? Dado: k = 9,0x109 N.m2/C2. 2.7. Fontes de Tensão ou Potencial Elétrico Para produzir o campo de forças elétricas (campo elétrico) no meio onde se deseja produzir a corrente usa-se um dispositivo, que conhecemos muito bem no nosso dia-a-dia, denominado Bateria, Fonte ou Gerador de Tensão. Para transportar uma carga elétrica entre dois pontos de um campo elétrico, a força resultante sobre a carga realiza um trabalho, que representa a medida da energia, denominada Energia Potencial (εPOT ) necessária para realizar este trabalho. Esta Energia é medida em (tem como unidade) Joules (J) 2. Corrente e Tensão d d qQ kdFPRPOT . . . 20===τε ( )Joules d qQ kPOT . 0=ε 2.7. Fontes de Tensão ou Potencial Elétrico Considerando-se as definições anteriores, podemos entender que uma fonte que gera uma tensão igual a 12 [V] é uma fonte capaz de disponibilizar uma energia de 12 [J] por Coulomb de carga que se deseja deslocar entre seus terminais, ou seja a cada 1[C] de carga elétrica que a fonte entrega ao circuito externo, transporta uma energia elétrica de 12 Joules (12 V equivalem a 12 J/C). Assim: 2. Corrente e Tensão Coulomb Joule C J C J q V POT == onde );(ε Em homenagem a Alessandro Volta, a unidade mais usada para a Tensão é Volt (V). Assim, 1 [V] é o mesmo que 1 [J/C]. 2.8. Potência Elétrica P A relação entre a energia (εPOT) necessária para realizar o trabalho (deslocamento) e o tempo gasto para realizar esse trabalho é denominado de Potência Elétrica P. 2. Corrente e Tensão segundo Joule s J s J t P POT == onde ),(ε Em homenagem a James Watt, a unidade mais usada para a Potência é WATT (W). Assim, 1 [W] é o mesmo que 1 [J/s]. De uma forma mais clássica, a Potência representa a taxa ou a velocidade com que a energia varia no tempo (Joule/segundo ou Watt). Quando se fala de uma lâmpada de 60 W, informa que ela consome 60 J de energia por segundo. Ou seja, a energia nela varia à taxa de 60 J/s. 2.8. Potência Elétrica P Para calcularmos a Energia a partir da Potência, podemos utilizar a relação: 2. Corrente e Tensão tPPOT ∆×== εε Como vimos, no sistema internacional (SI), a energia elétrica é dada em joule (J), porém, na prática, a unidade de medida mais utilizada é o quilowatt-hora (kWh). As companhias energéticas utilizam o kWh para a medição do consumo de energia elétrica de um determinado estabelecimento. Para calcular a conta de energia elétrica, a companhia energética, multiplica o custo unitário do kWh pela quantidade de energia consumida durante o mês. 2.13. Exercícios Complementares: 1. Quanto de energia elétrica consome uma lâmpada de 100 W ligada 10 horas por dia durante 30 dias? 2) Se o custo do kWh imposto pela CEMIG é de R$0,65, qual a participação dessa lâmpada em R$ na conta de luz. 3) Um chuveiro elétrico cuja especificação seja de 5000 [W] ficando ligado por 15 minutos qual será o seu consumo de energia elétrica em Joules e KW? Qual o custo de um banho a R$0,65 o kWh? 2. Corrente e Tensão 2.14. Intensidade de Corrente Elétrica I Em um condutor metálico a corrente elétrica I é definida como o movimento ordenado de elétrons em seu interior motivado por uma diferença de potencial aplicada nas extremidades do condutor. 2. Corrente e Tensão A intensidade da corrente elétrica é calculada através da relação entre a quantidade de carga elétrica que atravessa uma seção transversal S de um condutor na unidade do tempo (1 seg.), ou seja, definida pela taxa ou velocidade com que a carga varia no tempo. s C dt dqI = A t QI ∆ ∆ = 2.15. Sentido da Corrente Elétrica 2. Corrente e Tensão Nos Condutores Metálicos, a corrente elétrica é constituída pelo movimento ordenado de elétrons livres. O sentido com que os elétrons se deslocam nos condutores é do ponto de menor (-) potencial elétrico para o de maior (+) potencial elétrico, ou seja: do - para o +. Este sentido é denominado Sentido Real da corrente. 2.15. Sentido da Corrente Elétrica 2. Corrente e Tensão Porém, quando ainda não se conhecia perfeitamente tal fenômeno, foi assumida a hipótese de que as cargas se deslocavam do ponto de Maior (+) potencial para o de Menor (-) potencial (dizemos: do + para o -). Depois se comprovou que era exatamente o oposto. Como esta hipótese não afetava os estudos, ela continuou sendo usada e passou a ser denominada de Sentido Convencional. O sentido convencional para uma corrente elétrica é o mais adotado nos livros textos e é aquele com o qual trabalharemos em nossa disciplina. IMPORTANTE: notar que o uso do - e do + aqui, tem significado de MENOR (-) e MAIOR (+). 2. Corrente e Tensão 2.16. Exercício Complementar 4) Pela seção transversal de um condutor passam 1,640.1010 elétrons em 2,3ms. Qual a intensidade da corrente elétrica por este condutor? 5) Por um condutor percorre uma corrente elétrica de intensidade 10 A. Quantos elétrons atravessam uma seção transversal deste condutor em 1 minuto. 2. Corrente e Tensão 2.17. Relação entre Potência, Corrente Elétrica e Tensão1) (equação t P POTε= 2) (equação t qI = 3) (equação Vq q V POTPOT ×=∴= ε ε Substituindo (3) em (1) t VqP ×= Comparando com (2) IVP ×= 2. Corrente e Tensão 2.18. Tipos de Corrente Elétrica I. Corrente Contínua: o sentido de deslocamento das cargas é sempre o mesmo ao longo do tempo. Em função de sua intensidade, pode ser: a)Corrente Contínua Pura: sua intensidade não varia no tempo. b) Corrente Contínua Pulsativa: sua intensidade varia no tempo, de forma periódica ou de forma não-periódica (ou aperiódica). 2. Corrente e Tensão 2.18. Tipos de Corrente Elétrica II. Corrente Alternada: é aquela cujo sentido de deslocamento das cargas varia ao longo do tempo (ora para um lado, ora para o outro). Esta inversão de sentido pode se dar de forma periódica ou não-periódica (ou aperiódica). Sua intensidade também irá variar, decorrência da própria variação de sentido. 2. Corrente e Tensão 2.19. Aplicação de Correntes Alternada e Contínua Uma aplicação em que temos a presença de tensões e correntes contínua e alternada é apresentado no sistema retificador abaixo, onde uma tensão alternada é transformada em contínua por meio de um circuito retificador, filtro e regulador de tensão, fruto de estudos posteriores. Capítulo III Fontes de Alimentação Prof.: Carlos Roberto dos Santos 1º Semestre de 2017 E201 – Circuitos Elétricos I Fontes de Tensão e Corrente 3.1. Fontes Independentes e Ideal de Tensão e Corrente Dispositivos destinados a fornecer energia elétrica aos circuitos elétricos e cargas em geral, cuja tensão (fonte de tensão) ou corrente (fonte de corrente) gerada e entregue ao circuito independe do circuito ou da carga a ela ligado. Símbolos das Fontes de Tensão Símbolo da Fonte de Corrente Fontes de Tensão e Corrente 3.2. Fonte Ideal Uma Fonte Independente de Tensão ou Corrente é chamada também de Ideal quando não possuir perdas internas. Este fato é modelado a partir da consideração de que para a fonte de tensão o valor da tensão em sua saída é sempre igual à tensão gerada, independentemente da carga a ela ligada, e para a Fonte de Corrente a corrente por ela fornecida é sempre igual à corrente por ela gerada, independente também da carga a ela ligada. 3.1.1. Particularidades das Fontes de Tensão Na Fonte de Tensão a tensão gerada só depende da própria fonte, sendo a corrente dependente da carga a ela ligada. 3.1.2. Particularidades das Fontes de Corrente Na Fonte de Corrente a corrente gerada é que depende só da fonte, enquanto a tensão nos seus terminais depende da carga a ela ligada. Fontes de Tensão e Corrente 3.3. Especificações de Fontes de Tensão e Corrente 3.3.1. Fontes Eletrônicas São as Fontes utilizadas em Laboratório com o objetivo específico de fornecer tensão e ou corrente as bancadas e experimentos de bancada. Valor de Tensão: Valor nominal fixo da tensão que a fonte fornece ou, para o caso de fontes ajustáveis, a faixa de valores de tensão que podem ser obtidos. Valor de Corrente e Potência São os Valores Máximos de corrente ou potência que a fonte pode fornecer, traduzido pela corrente máxima e potência máxima. Por exemplo: 12 V / 5 A, onde 12 V é o valor exato de tensão disponível na saída, independentemente da carga nela ligada, e 5 A é o valor máximo de corrente que a fonte pode fornecer. Esta mesma fonte poderia ter a especificação: 12 V/ 60 W, onde 60 W é a máxima potência que ela é capaz de fornecer. Fontes de Tensão e Corrente Fontes Eletrônicas Fontes de Tensão e Corrente Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.3. Especificações de Fontes de Tensão e Corrente 3.3.2. Fontes do Tipo Pilhas e Baterias As pilhas e ou baterias são as utilizadas nos aparelhos, automóveis e etc, Neste tipo de fonte é importante verificar a sua capacidade em ampère- hora. A capacidade de uma bateria funcionar corretamente depende do consumo de energia imposto pela carga. Uma mesma bateria pode funcionar corretamente por dias e dias ou apenas por alguns minutos, dependendo da corrente que a carga dela exigir. A especificação para estes tipos de fonte é feita em termos de ampère- hora (Ah), que indica quanto tempo uma bateria de tensão fixa será capaz de fornecer uma corrente em particular. Após este tempo de 1 hora, sua tensão cai para valores que podem não assegurar mais o correto funcionamento da carga. Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.3. Especificações de Fontes de Tensão e Corrente 3.3.3. Capacidade de Pilhas e Baterias em A.h Para uma bateria de 12 V / 60 Ah, significa que ela é capaz de fornecer uma corrente de: 60 A durante 1 hora ou 30 A durante 2 horas ou 15 A durante 4 horas ou 120 A durante ½ hora ou 240 A durante 15 minutos 600 A durante 6 minutos ........ e assim sucessivamente até a sua máxima corrente de partida. NOTA: A máxima corrente que a bateria pode fornecer, e por quanto tempo, é especificada pelo fabricante. Teoricamente, poderíamos imaginar uma corrente extremamente alta em um tempo extremamente curto, mas isto pode danificar a bateria. Pilhas e Baterias Fontes de Tensão e Corrente Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad Pilhas e Baterias Fontes de Tensão e Corrente Pilhas e Baterias Fontes de Tensão e Corrente Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad Pilhas e Baterias Fontes de Tensão e Corrente Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad 3.3.4. Fontes do Tipo Geradores Quando o eixo do gerador gira na velocidade nominal em função de um torque aplicado por alguma fonte externa de energia mecânica, o valor nominal de tensão aparece em seus terminais. Fontes de Tensão e Corrente Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.3.5. Especificações de Fontes de Corrente Nas fontes de corrente o elemento que independe da carga a ela ligada é a corrente que ela irá fornecer, enquanto a tensão em seus terminais depende da carga. Veja que é o oposto da fonte de tensão. No restante, valem para as fontes de corrente as mesmas considerações feitas até aqui para as fontes de tensão. Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias As baterias ou pilhas podem-se associar em série, paralelo ou série paralelo. Também de três formas distintas: aditiva, subtrativa e mista. 3.4.1. Associação em Série Aditiva Todas as fontes têm tensão no mesmo sentido e ligadas conforme mostra na figura. A tensão resultante da associação é obtida pela ADIÇÃO das tensões das fontes associadas. 54321 EEEEEET ++++= Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4.1. Associação em Série Aditiva Quatro baterias de 1,5 V associadas em série para estabelecer uma tensão de terminal de 6 V Só há aumento de tensão. A corrente total fornecida é a mesma de cada bateria. Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias 3.4.2. Associação em Série Subtrativa Quando se tem apenas duas fontes e elas têm tensões em sentidos opostos. A tensão resultante da associação é obtida pela SUBTRAÇÃO entre as suas tensões. Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias 3.4.3. Associação Série Mista Quando se tem mais de duas fontes na associação, sendo que algumas têm sentidos opostos ao de outras. Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias 3.4.5. Associação em Paralelo A associação paralelo de fontes de tensão é utilizada para aumentar a capacidade no fornecimento de energia, representada por um aumento da capacidade de fornecimento total de corrente pelas fontes. Observar que elas precisamter a mesma tensão e serem interligadas tendo o positivo com positivo e o negativo com negativo (+ com + e - com -). Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias 3.4.5. Associação em Paralelo A principal razão para se colocar duas ou mais baterias ou fontes em paralelo é aumentar a especificação de corrente acima daquela de uma única fonte. Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias Exercícios Complementares – Associação Paralelo 1. Suponha que você tenha tantas fontes quantas você necessita, cada uma com a seguinte especificação: 12V / 1,5A. Suponha agora, que você queira alimentar uma carga com a seguinte especificação: 12V / 14A. Responda: a) É possível se alimentar tal carga com uma única das fontes que você possui? Por quê? b) Que solução você daria para o problema, tendo em vista as fontes que você dispõe? Por quê?. Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias Exercícios Complementares – Associação Paralelo 2) Suponha que você tenha tantas baterias quantas você necessita, cada uma com a seguinte especificação: 12V / 6 A.h. Suponha agora, que você queira alimentar durante 3 horas, de forma ininterrupta, uma carga com a seguinte especificação: 12V / 120W. Responda: a) É possível se alimentar tal carga com uma única das fontes que você possui? Por quê? b) Que solução você daria para o problema, tendo em vista as fontes que você dispõe? Por quê? Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.4. Associação de Baterias 3.4.6. Associação Mista Deve-se dar tratamento de associação em série às fontes que estiverem em série e tratamento de associação em paralelo às que tiverem em paralelo. A associação mista reúne as características das associações série e paralelo, tanto quanto às formas com que as fontes podem ser associadas quanto no comportamento da tensão, corrente e capacidade de fornecer energia que dela resulta. Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.5. Associação de Fontes de Corrente 3.5.1. Associação Série É possível associar fonte de corrente das mesmas formas que se associam fontes de tensão. Para associarmos fontes de corrente em série, elas deverão ter o mesmo valor de corrente. Fontes de correntes de diferentes intensidades não podem ser ligadas em série Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.5. Associação de Fontes de Corrente 3.5.2. Associação em Paralelo Duas ou mais fontes de corrente em paralelo podem ser substituídas por uma única fonte de corrente, cujo valor (intensidade) é a soma algébrica das correntes individuais. Fonte, Amperímetros e Voltímetros 3.5. Associação de Fontes de Corrente 3.5.2. Associação em Paralelo Fontes com o mesmo sentido são somadas e de sentido opostos são subtraídas. Figuras do Livro – Introdução à Análise de Circuitos: Robert Boylestad Capítulo 4 Leis de Ohm Prof.: Carlos Roberto dos Santos 1º Semestre de 2017 E201 – Circuitos Elétricos I 4. Leis de Ohm 4.1. Resistência Elétrica de um Condutor Resistência Elétrica é uma propriedade impostas pelos materiais em oferecer dificuldade à passagem da corrente elétrica, dificuldade esta que é características próprias e individuais de cada material específico. Os elétrons livres ao se deslocarem pelo condutor se chocarão com átomos da substância, terão que vencer a agitação térmica (movimentos aleatórios produzidos pela temperatura), sofrerão repulsão de outros elétrons existentes no condutor, além de outros fatores, o que cria uma dificuldade para se produzir o movimento ordenado que caracteriza uma corrente elétrica. Essa oposição ao fluxo de carga através de um circuito elétrico, chamada resistência, tem as unidades de ohms, homenagem a George Simon Ohm, e usa a letra grega omega (Ω) como símbolo. 4.1.1. Segunda lei de Ohm: A Resistência Elétrica é influenciada pelo tipo do material do condutor (cobre, alumínio etc.), por sua forma física (circular, oval, mais curto ou mais longo etc.) e pela temperatura a que estiver submetido. A relação entre estes fatores e a resistência foi estabelecida por George Simon Ohm e está expressa em sua 2a Lei de Ohm. Onde: L é o seu comprimento (m); S é a área de sua secção reta transversal (m2). ρ é a resistividade do material (valores para temperatura ambiente, encontrados em tabelas (Ω.m)) Ω= S LR ρ 4. Leis de Ohm 4.1. Resistência Elétrica de um Condutor 4. Leis de Ohm 4.1.2. Tabela de Resistividade dos Materiais Material Resistiviade ρ (Ω.m) Coef. de Temp. α (Co)-1 Condutores Prata 1,58 x 10-8 0,0061 Cobre 1,67 x 10-8 0,0068 Alumínio 2,65 x 10-8 0,0043 Tungstênio 5,6 x 10-8 0,0045 Ferro 9,71 x 10-8 0,0065 Semicondutores Carbono (grafite) (3 – 60) x 10-5 -0,0005 Germânio (1 – 500) x 10-3 -0,0500 Silício 0,1 - 60 -0,0700 Isolantes Vidro 109 - 1012 Borracha 1013 - 1015 4. Leis de Ohm Exercícios Complementares 1) Determinar resistência ôhmica de uma bobina de fio de cobre com 100 metros de comprimento e 0,75 mm2 de área de secção transversal. 2) Uma barra circular de alumínio apresenta resistência de 4,0 ohms. Qual a nova resistência se seu diâmetro for reduzido a metade e mantido o seu comprimento. 4.2. Resistores Resistores são elementos de circuitos que consomem energia elétrica, convertendo-a integralmente em energia térmica (calor). Quanto se estabelece uma corrente elétrica em um resistor, ocorre o choque dos elétrons livres contra seus átomos. O estado de agitação térmica dos átomos aumenta, determinando uma elevação da temperatura do resistor. Em um resistor, toda energia elétrica que ele recebe é dissipada, isto é, transformada em energia térmica. A conversão de energia elétrica em energia térmica recebe o nome de Efeito Joule. R Símbolo 4. Leis de Ohm 4. Leis de Ohm 4.2.1. Valor dos resistores e Leituras Os resistores têm resistências que variam de um valor menor do que 1 Ω até milhões de Ω. Em alguns tipos este valor já vem indicado direto no corpo em forma de número. Porém a maioria usa um sistema de anéis coloridos para indicar o valor. A figura ilustra o exemplo de um resistor e a forma de realizar a leitura do valor de sua resistência por meio do código de cores. 4. Leis de Ohm 4.2.2. Código de Cores e Leitura dos Resistores 1.1. Primeira lei de Ohm É uma das equações mais importantes no campo de análise de circuitos. Estabelece a relação entre a tensão V e a corrente I em um condutor metálico de resistência elétrica R. 4. Leis de Ohm A equação pode ser relacionada (comparada) a equação básica a seguir usada em todos os sistemas físicos Em circuitos elétricos, o efeito que desejamos estabelecer é o fluxo de cargas ou a corrente. A diferença de potencial, ou tensão, entre dois pontos é a causa (“pressão”), e a oposição ao fluxo de cargas representa a resistência encontrada. 1.1. Primeira lei de Ohm George Ohm verificou que existem resistores para os quais, variando a ddp E, a intensidade da corrente elétrica I varia na mesma proporção, ou seja, E e I são diretamente proporcionais, ou seja: 4. Leis de Ohm V I 0 0 V1 I1 V2 I2 V3 I3 V4 I4 V5 I5 V6 I6 )tan( 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 teconsK I V I V I V I V I V I V ====== 1.1. Primeira lei de Ohm 4. Leis de Ohm Note que a ddp E = V, pois estão em paralelo. V)(Volts, .IRE = V)(Volts, .IRV = A) (Ampére, R VI = ) (Ohms, Ω= I VR Obs.: O símbolo E será aplicado a todas as fontes de Tensão e o símbolo V as quedas de tensão nos componentes de circuitos 1.2. Aplicações e Uso da Primeira lei de Ohm 1. As três grandezas da lei de Ohm Tensão, Corrente e Resistência (V, I e R), são sempre no mesmo elemento de circuito.2. Além do valor numérico da Tensão é importante indicar a sua polaridade, conforme mostra também a figura. 4. Leis de Ohm IRV .11 = IRV .22 = Para qualquer resistor, a direção da corrente através de um resistor definirá a polaridade da queda de tensão sobre o resistor. 4. Leis de Ohm 1.3. Indicação das Polaridades a) através do uso dos sinais + e – em seus terminais, sendo + onde a corrente “entra” e - onde ela “sai”, e b) através do uso de uma seta entre dois traços que delimitam os dois pontos entre os quais se deseja indicar a tensão, sendo que a ponta da seta indica o ponto de potencial maior (+) e o pé da seta indica o ponto de potencial menor (-). A figura mostra o desenho do circuito com duas formas diferentes de se fazer referência à tensão nos resistores R1 e R2: 4. Leis de Ohm 1.4. Outra Forma de Indicação de Polaridade Outra convenção muito usada consiste fazer uso de letras para identificar os dois pontos entre os quais se indica uma certa tensão, podendo ser pontos A e B de um circuito ou nos terminais de R1. IRVAB .= Vale relembrar que VAB significa VA - VB, ou seja, a diferença entre os potenciais dos pontos A e B (ddp), que é o mesmo que tensão ou voltagem. Não se deve usar três convenções simultaneamente, deve se usar uma ou outra. 4. Leis de Ohm Exemplos: 1) Qual a corrente resultante se uma resistência de 2(Ω) for conectada aos terminais de uma bateria de 9(V)? 2) Qual a resistência do filamento de uma lâmpada de 60(W), se ao aplicarmos uma tensão de 120(V) circula uma corrente de 500(mA)? 3) Determine o que se pede nas representações abaixo: a) b) c) d) e) f) 4. Leis de Ohm 1.5. Resistores Ôhmicos Os elementos de circuito que obedecem a Primeira lei de Ohm (V = R.I) são denominados de resistores ôhmicos. Para estes resistores a corrente elétrica ( I ) que os percorrem é diretamente proporcional à tensão ou ddp (V) aplicada aos seus terminais. Consequentemente o gráfico V versus I é uma linha reta, cuja inclinação é igual o valor da resistência elétrica do material. I VR = V I 0 0 5 1 10 2 15 3 20 4 25 5 30 6 IRV .= 4. Leis de Ohm 1.6. Resistores Não Ôhmicos Existe uma grande família de condutores em que alterando-se a tensão V em suas extremidades não se altera-se a intensidade da corrente elétrica i conforme a lei de OHM, ou seja as duas grandezas não variam proporcionalmente, isto é, o gráfico de V versus i não é uma reta e portanto eles não obedecem a lei de Ohm. Estes resistores são denominados de resistores não ôhmicos. Em geral, nos cursos básicos de Física, trata-se apenas dos resistores ôhmicos. 4. Leis de Ohm 1.7. Potência Dissipada em um Resistor Temos que: 2R.IP logo R.I;V como ;. === IVP R V R VIVP 2 P logo ;I como ;. === Ou de outra forma: Exemplos: 1) Qual a potência dissipada em um resistor de 10 Ω se a corrente nele for de 5 A? 2) Qual a corrente através de um resistor de 5 kΩ quando ele dissipa uma potência de 20 mW? 3) Determine a resistência do filamento de uma lâmpada de 60W/120V. E201 – Circuitos Elétricos I Capítulo 5 Associação de Resistores e Cargas e Leis de Kirchhoff Obs.: Slides adaptados do material do Livro “INTRODUÇÃO A ANALISE DE CIRCUITOS 12ª ED. – BOYLESTAD”, disponível no site da Editora http://www.pearson.com.br/boylestad Associação de Cargas Elétricas e Resistores As cargas, os componentes ou elementos de circuitos como resistores, capacitores, indutores, diodos, transistores, inúmeros tipos de circuitos integrados e outros podem associar para formarem circuitos elétricos em diversas associações. Todas as associações têm suas características ou propriedades específicas que devemos conhecer para que seja possível o projeto e a análise de circuitos. Vamos desenvolver os estudos utilizando resistores, que estarão também representando as cargas que se deseja associar. As associações entre componentes de circuitos podem ser nas formas de associação série, paralela e série paralela (mista). Associação de Resistores Associação Série de Resistores Os resistores estão submetidos à MESMA CORRENTE ELÉTRICA, que é a condição fundamental para garantir que uma associação seja série. Não confundir Mesma Corrente com Corrente de Mesmo Valor. Associação de Resistores Na associação série há um único percurso para a corrente I. Logo, a corrente será a mesma nos três componentes e, portanto, eles estão em série. O que fazem os componentes estarem em série é eles possuírem a mesma corrente, e não estarem ligados um após o outro. Exemplos de Associação Série de Resistores Primeiro Exemplo: Associação de Resistores DOIS ELEMENTOS ESTÃO EM SÉRIE SE: a) Possuem somente um terminal em comum, isto é, um terminal de um está conectado à somente a um terminal do outro, e; b) O ponto comum entre os dois elementos não está conectado a outro elemento Exemplo de Associação Série de Resistores �A Resistência Total (RT) de uma configuração série é a soma das resistências individuais. Para N resistores associados em série: Associação de Resistores Em Série X X Segundo Exemplo: �Quanto mais resistores em série acrescentarmos, maior será a Resistência Total. �A Resistência Total de uma associação série não é afetada pela ordem com que os resistores estão conectados. NT RRRRR ++++= ........321 Exemplo de Associação Série de Resistores �Para o caso em que os N resistores possuem o mesmo valor, tem- se. Associação de Resistores RT = 10 + 30 + 100 = 140Ω RT = 4 x 3,3 kΩ = 13,2 kΩ RNRT ×= Circuito Série �É um circuito onde todos os componentes (Fontes e Resistores) estão em série, ou seja, a corrente é a mesma em todos os pontos do circuito. �Em um circuito série de Corrente Contínua (CC) a direção da corrente é tal que ela deixa o terminal positivo da fonte e retorna ao terminal negativo. �A polaridade da tensão através de um resistor é determinada pela direção da corrente. Associação de Resistores Circuito Série �No circuito anterior, a Fonte de Tensão não “vê” cada resistor individual, mas sim a Resistência Total ou Equivalente. Associação de Resistores Resistência Equivalente ou Total “Vista” pela fonte Circuito Série EXEMPLO: Utilizando os conceitos de Lei de Ohm e de Resistência Total (Equivalente), determinar a tensão em cada um dos resistores nos circuitos a seguir. Associação de Resistores a) Circuito Série EXEMPLO: Utilizando os conceitos de Lei de Ohm e de Resistência Total (Equivalente), determinar a tensão em cada um dos resistores nos circuitos a seguir. Associação de Resistores b) c) Leis de Kirchhoff Lei de Kirchhoff para Tensão – L.K.T. A LKT estabelece que: “Em um percurso fechado qualquer, a soma algébrica das suas tensões é sempre nula”. 0=∑Tensões Observar que: 1.Um percurso (ou caminho) fechado, é um caminho percorrido que se inicia em um determinado ponto e retorna a este ponto, sem que o trajeto de volta tenha trechos já percorrido na ida. 2. Trata-se de uma SOMA ALGÉBRICA, portanto, podem ocorrer na equação termos que se somam e termos que se subtraem. Leis de Kirchhoff Lei de Kirchhoff para Tensão – L.K.T. �O caminho abcda caracteriza um caminho (malha) fechado; �O percurso pode começar em qualquer ponto, mas deve terminar no mesmo ponto. �O sentido a ser percorrido pode ser qualquer um (horário ou anti-horário), ou seja, não há necessidade de ser o sentido da corrente. Fazendo o percurso no sentido horário, a partir do ponto d, temos: 021 =++− VVE 21 VVE += A soma das quedas de tensões em um circuito série será igual a tensão da fonte aplicada Logo Lei de Kirchhoff para Tensão Lei de Kirchhoff para Tensão – L.K.T. EXEMPLOS: Determinar as tensõesindicadas nos circuitos abaixo. a) b) c) Leis de Kirchhoff Lei de Kirchhoff para Tensão – L.K.T. d) e) f) Determinar os valores de R1 e R3 no circuito ao lado Introdução Em um circuito série, a tensão através dos elementos resistivos vai se dividir proporcionalmente ao valor de cada resistência em relação ao valor total da série. Em outras palavras, em um circuito resistivo em série, quanto maior a resistência, maior será a tensão capturada. Divisor de Tensão 3232 3 3 RR VVRR ×=∴×= 3131 6 6 RR VVRR ×=∴×= Divisor de Tensão Divisor de Tensão Resistivo O circuito abaixo representa um típico divisor de tensão resistivo, onde se observa os elementos de circuito em série, de tal forma que a tensão elétrica aplicada na associação (VT) está dividida entre os elementos resistivos na proporção da relação de suas resistências, tudo conforme a lei de ohm. Equação da Divisão de Tensão Seja determinar o valor da tensão V3, no circuito dado: Divisor de Tensão IRV .33 = EQU T R VI = N T RRRR VRV +++ = 321 33 . T N V RRRR RV +++ = 321 3 3 N T RRRR VI +++ = 321 ; ; Equação da Divisão de Tensão Em um circuito Divisor de tensão podemos dizer que: A tensão em um dos resistores de um circuito divisor de tensão é igual à relação entre o resistor onde se deseja saber a tensão pela soma de todos os resistores da associação, multiplicado pela tensão total aplicada ao divisor. Divisor de Tensão T N N N VRRRR RV +++ = 321 Exercícios de Fixação - Divisor de Tensão 1. Determinar a tensão V indicadas abaixo. Divisor de Tensão b) a) 2. Calcule a tensão no resistor de 20kΩ abaixo fazendo uso de cálculo de resistência equivalente e da expressão do divisor de tensão. Divisor de Tensão Exercício de Fixação - Divisor de Tensão 3. Calcule: a tensão no resistor R2 no circuito da figura abaixo; a tensão no resistor R1; a corrente I do circuito. Divisor de Tensão Exercício de Fixação - Divisor de Tensão Associação Paralela de Resistores Os resistores associados entre si estão submetidos à MESMA TENSÃO ELÉTRICA, condição fundamental para garantir que uma associação seja paralela ou em paralelo. Associação de Resistores Observa-se na associação paralela que a corrente total IT se dividiu entre os resistores da associação, dando origem a I1, I2, I3 ..... IN. Isto lhe confere a denominação de DIVISOR DE CORRENTE. Exemplo de Associação Paralela de Resistores Primeiro Exemplo Associação de Resistores Dois, ou mais, elementos estão conectados em paralelo quando possuem dois pontos em comum, ou seja, os seus terminais estão conectados em comum. Pontos A e B em comum Exemplo de Associação Paralela de Resistores Terceiro Exemplo Associação de Resistores Segundo Exemplo A B A B Pontos A e B em comum Pontos X e Y em comum Resistência Total ou Equivalente Associação de Resistores ++++= NT RRRRR 1 ... 1111 321 Para N resistores associadas em paralelo, a Resistência Total pode ser determinada a partir da seguinte equação: O inverso da Resistência Total equivalente de uma associação paralela é igual a soma dos inversos das resistências parciais da associação. Resistência Total ou Equivalente Associação de Resistores Ou O inverso da resistência é denominado de CONDUTÂNCIA, representado pelo símbolo G, cuja unidade é Siemens (S). Assim: ++++ = N T RRRR R 1 ... 111 1 321 ),(1 Ssiemens R G T T = Para a associação em paralelo teremos: ( )NT GGGGG ++++= ...321 Ou seja, a Condutância Total é a SOMA das condutâncias individuais Casos Especiais de Associação em Paralelo Associação de Resistores Dois Resistores em Paralelo A resistência total equivalente de dois resistores em paralelo é igual ao produto da resistência dos resistores dividido pela soma de suas resistências. += 21 111 RRRT ⇒ + = 21 21 . 1 RR RR RT + = 21 21. RR RRRT Dois ou mais Resistores de Mesmo Valor em Paralelo Associação de Resistores Para n resistores em paralelo: RRR == 21 + = 21 21. RR RRRT = + = R R RR RRRT 2 . 2 = 2 RRT = n RRT ⇒ Exemplos: Determinar a Condutância e a Resistência Total nos circuitos a seguir: Associação de Resistores a) b) Exemplos: Associação de Resistores c) d) e) Exemplos: Associação de Resistores g) f) Conclusões: Associação de Resistores A Resistência Total de Resistores em paralelo é sempre menor do que o valor do menor resistor Se a menor resistência de uma combinação em paralelo é muito menor do que a dos outros resistores em paralelo, a Resistência Total será muito próxima do menor valor de resistência A Resistência Total dos resistores em paralelo sempre cairá a medida que novos resistores forem adicionados em paralelo, não importando seus valores. Resistores em paralelo podem ser intercambiados (trocados de lugar) que não afetam a Resistência Total. Circuito em Paralelo �É um circuito onde todos os componentes (Fontes e Resistores) estão em paralelo, ou seja, a tensão é a mesma em todos os pontos do circuito. �Para circuitos paralelo com uma única fonte, a corrente fornecida pela fonte (Is) é sempre igual à soma das correntes em cada ramo. �Assim como no circuito em série, no circuito paralelo a Fonte de Tensão não “vê” cada resistor individual, mas sim a Resistência Total. Associação de Resistores Exemplos: Determinar a Resistência Total e as correntes nos circuitos a seguir. Associação de Resistores a) b) Exemplos: No circuito a seguir, determinar: a) O valor de R3 b) O valor da Tensão E c) Os valores das correntes Is e I2. Associação de Resistores Leis de Kirchhoff Lei de Kirchhoff para as Correntes - LKC Também chamada de Lei dos nós, representada pela sigla LKC . A LKC estabelece que: “Em um nó (ou sistema), a soma das correntes que chegam (entram) é igual a soma das correntes que dele saem”. ∑∑ = SAEMCHEGAM II Que também pode ser enunciada como: “Em um nó, a soma algébrica das correntes é nula”. 0=∑ I Leis de Kirchhoff Exemplos: I1 + I4 = I2 + I3 I1 = I2 + I3 Lei de Kirchhoff para as Correntes - LKC Leis de Kirchhoff Exemplos: Usando a Lei de Kirchhoff para correntes (LKT), determine as correntes desconhecidas nas representações a seguir. Lei de Kirchhoff para as Correntes - LKC a) b) Leis de Kirchhoff Exemplo: No circuito abaixo, determinar: a) A corrente total Is; b) A tensão da fonte E; c) A resistência R3; d) A Resistência Total RT. Lei de Kirchhoff para as Correntes - LKC Introdução Em um circuito paralelo, a corrente através dos elementos resistivos vai se dividir inversamente proporcional ao valor de cada resistência em relação ao valor total da associação. Em outras palavras, em um circuito resistivo em paralelo, quanto maior a resistência, menor será a corrente através dele (a corrente procura o caminho “mais fácil” (menor resistência)). Divisor de Corrente 21 2 1 10I 10 IRR ×=∴= 32 3 2 10I 10 IRR ×=∴= Obtida da associação em paralelo de resistores, a equação de Divisão de Corrente nos permite calcular de forma direta, o valor de qualquer uma das componentes da corrente total fornecida ao divisor de corrente. A figura mostra o circuito onde se deseja calcular o valor de I2 (corrente em R2), sabendo-se osvalores de IT, R1 e R2, e fazendo uso da Lei de Ohm. Divisores de Corrente Divisor de Corrente Resistivo 2 2 R VI = TT IRV .= 21 21. RR RRRT + = Substituindo os valores de V e RT na expressão de I2, resulta em: Divisor de Corrente Equação do Divisor de Corrente Resistivo (3) . 22 2 R IR R VI TT== (4) . . 2 21 21 2 R I RR RR I T+ = TIRR RI . 21 1 2 + = (1) . TT IRV = (2) . 21 21 RR RRRT + = No circuito divisor de Corrente podemos dizer que: Para dois resistores em paralelo, a corrente através de um, é igual à resistência do outro dividido pela soma dos dois resistores multiplicado pela corrente total. Divisor de Corrente Equação do Divisor de Corrente Resistivo TIRR RI . 21 2 1 + = “A corrente no resistor que eu quero é o resistor que não quero dividido pela soma dos dois vezes a corrente total”. EXEMPLO: Determinar as corrente I1 e I2 utilizando divisor de corrente. (a) b) Divisor de Corrente Equação do Divisor de Corrente Resistivo A partir da equação 3 anterior, podemos generalizar como: A corrente através de qualquer ramo de um circuito resistivo em paralelo é igual a Resistência Total do circuito em paralelo dividido pela resistência do resistor do ramo de interesse, multiplicado pela corrente total que entra na configuração em paralelo. T X T X IR RI . = EXEMPLO: Determinar as corrente I1, I2 e I3 utilizando divisor de corrente. Associação Mista de Resistores Associação em que existem resistores em série entre si (mesma corrente) e resistores em paralelo entre si (mesma tensão Na solução e análise do circuito o que está em série recebe tratamento de série, e o que está em paralelo recebe tratamento de paralelo. Associação de Resistores Nenhuma das Associações Anteriores Cálculo das Grandezas Elétricas nas Associações de Resistores e Cargas Fizemos considerações qualitativas sobre as associações série, paralelo e mista, porém sem qualquer análise quantitativa, ou seja, tratamento com cálculos de componentes equivalentes ou grandezas como corrente e tensão. Procuramos até então entender o que caracteriza cada tipo de associação para agora entender como efetuar cálculos que envolva resistência equivalente, corrente, tensão, potência e outros, em circuitos com associações de carga ou resistores. Associação de Resistores Associação Série Associação de Resistores NT VVVVV ++++= ...321 IRV .11 = IRV .22 = IRV .33 = IRIRIRIRV NT ....... 321 ++++= IRV NN .= N T RRRR I V ++++= ...321 NT RRRRR ++++= ...321 Considerações Sobre a Associação Série Associação de Resistores A corrente é a mesma em todos os resistores ou cargas da associação. A soma das tensões parciais ao longo da associação é igual a tensão total aplicada. A resistência total equivalente de uma associação série é igual a soma das resistências parciais da associação. NT RRRRR ++++= ...321 Associação Paralela Associação de Resistores Os componentes de um circuito em paralelo estão subordinados a mesma tensão elétrica. A corrente total IT é igual a soma parcial das correntes I1, I2, I3 ..... IN. NT IIIII ++++= ...321 Sendo que as correntes parciais I1, I2, I3 ..... IN valem: 1 1 R VI = 2 2 R VI = 3 3 R VI = N N R VI = Associação Paralela Associação de Resistores Resolvendo para IT: N T R V R V R V R VI ++++= ... 321 ++++= N T RRRR VI 1...111 321 ++++= N T RRRRV I 1 ... 111 321 T T RV I 1 = ++++= NT RRRRR 1 ... 1111 321 Para análise de circuitos elétricos, além da compreensão das Leis de Ohm e Kirchhoff, é importante conhecer os conceitos de Nó, Ramo e Malha. Leis Ohm e de Kirchhoff Definição, Aplicação e Importância NÓ (N) de um Circuito: definido como o ponto de um circuito onde ocorre uma divisão de corrente (B, F, H, M). RAMO (B): é todo elo (caminho, trecho) de ligação entre 2 nós consecutivos, não importando o que tenha neste elo (BALM, BDF, FJM, FGH, BCEH, HKNM). MALHA: é todo percurso fechado que seja ou possa ser condutor de corrente, sem que haja em sua extensão algum ponto em aberto (ABDFJMLA; ABCEHKNMLA) e mais 5 outros). Os percursos fechados CDEKJGC e JKEDCBFHLOPMJ não são malhas, pois estão abertos entre os pontos E e K. Leis Ohm e de Kirchhoff Exercício de fixação Nó, Ramo e Malha Identificar no circuito Nós, Ramos e Malhas Conceitos de Circuito Aberto e Curto-Circuito Conceitos de Circuito Aberto Um circuito aberto consiste simplesmente em dois terminais isolados sem qualquer conexão entre si. Como não existe um caminho fechado para a condução, a corrente associada a um circuito aberto é sempre nula. Entretanto, a diferença de potencial entre os terminais de um circuito aberto pode ter qualquer valor, dependendo do sistema a que os terminais estão conectados. – Em resumo, em um circuito aberto podemos ter uma diferença de potencial (tensão) qualquer um de seus terminais, mas o valor da corrente será sempre zero. Conceitos de Circuito Aberto Demonstração do Efeito de um Circuito Aberto Conceitos de Circuito Aberto e Curto-Circuito Conceitos de Curto-Circuito Um curto circuito consiste de uma conexão direta (com resistência muita baixa, idealmente igual a zero) entre dois terminais de um circuito. Como, idealmente a resistência é zero, a tensão a tensão associada a um curto circuito é sempre nula. Entretanto, a corrente entre os terminais de um circuito aberto pode ter qualquer valor, dependendo do sistema a que os terminais estão conectados. Em resumo, um curto-circuito pode carregar uma corrente de um nível determinado pelo circuito externo, mas a diferença de potencial (tensão) através de seus terminais é sempre zero volts. Conceitos de Circuito Aberto e Curto-Circuito Conceitos de Curto-Circuito Demonstração do Efeito de um Curto-circuito Conceitos de Circuito Aberto e Curto-Circuito Exemplos: 1) Determine as tensões indicadas nos circuitos abaixo. Conceitos de Circuito Aberto e Curto-Circuito a) b) Exemplos: Determine a tensão e a corrente indicadas em cada um dos circuitos abaixo. Conceitos de Circuito Aberto e Curto-Circuito Exemplos 1. Determine a tensão e a corrente indicadas no circuito abaixo. 2. Repita os cálculos, admitindo que o resistor R2 foi curto-circuitado. Conceitos de Circuito Aberto e Curto-Circuito Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Circuitos Elétricos I – E201 Capítulo 6 Método das Malhas e Método dos Nós Obs.: Slides adaptados do material do Livro “INTRODUÇÃO A ANÁLISE DE CIRCUITOS 12ª ED. – BOYLESTAD”, disponível no site da Editora http://www.pearson.com.br/boylestad Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução O próximo método a ser descrito ‒ o método das malhas ‒ é, na realidade, uma extensão do método da análise das correntes nos ramos apresentado anteriormente. As correntes a serem definidas são chamadas de correntes de malha. Método das Malhas Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Método das Malhas 1. Associe uma corrente no sentido horário a cada malha fechada e independente do circuito. Não é necessário escolher o sentido horário para todas as correntes de malha. De fato, podemos escolher qualquer sentido para cada uma dessas correntes sem alterar o resultado, enquanto todos os outros passos são seguidos corretamente. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Método das Malhas 2. Indique as polaridades de cada resistordentro de cada malha de acordo com o sentido da corrente adotado para essa malha. Observe a necessidade de que polaridades sejam estabelecidas para todos os componentes de todas as malhas. Portanto, isso requer, como mostra a figura ao lado, que o resistor de 4 Ω tenha duas polaridades associadas. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Método das Malhas 3. Aplique a lei de Kirchhoff para tensões em todas as malhas no sentido horário. Novamente, o sentido horário foi escolhido para manter a uniformidade, e com o intuito de nos preparar para o método a ser introduzido posteriormente. a) Se um resistor é percorrido por duas ou mais correntes, a corrente total que o atravessa é dada pela corrente da malha a qual a lei de Kirchhoff está sendo aplicada mais as correntes de outras malhas que o percorrem no mesmo sentido e menos às correntes que o atravessam no sentido oposto b) A polaridade de uma fonte de tensão não é afetada pela escolha do sentido das correntes nas malhas. 4. Resolva as equações lineares simultâneas resultantes para obter as correntes de malhas. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplos Método das Malhas 1º) Determine as correntes I1 e I2 no circuito da figura abaixo, bem como as tensões em cada uma das resistências utilizando o Método das Malhas; Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplos Método das Malhas 2º) Determine as correntes I1, I2 e I3 no circuito da figura abaixo, utilizando o Método das Malhas; Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplos Método das Malhas 3º) Determine as correntes I1 e I2 no circuito da figura abaixo, utilizando o Método das Malhas, bem como as tensões VR1, VR2 e VR3. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução • Os métodos apresentados até o momento (Método das Correntes nos Ramos e Método das Malhas) serviram para calcular as correntes do circuito. O Método dos Nós (ou Método Nodal) fornece as tensões nodais de um circuito, isto é, a tensão dos vários nós (pontos de junção) do circuito em relação ao terra. • O método se desenvolve através da lei de Kirchhoff para correntes de maneira bastante semelhante à qual a lei de Kirchhoff para tensões foi usada para o método das malhas. • O número de nós para os quais a tensão tem de ser determinada usando o método dos nós é “1” a menos que o número total de nós. • O número de equações exigidas para solucionar todas as tensões nodais de um circuito é “1” a menos que o número total de nós independentes. Método dos Nós (Método Nodal) Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Método dos Nós V11. Determine o número de nós no circuito. 2. Escolha um nó de referência (terra) e rotule cada nó restante com um valor subscrito de tensão: V1, V2, e assim por diante. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Método dos Nós I1 I2 I3 V1 3. Suponha (Arbitre) que todas as correntes desconhecidas saiam de cada nó; 4. Aplique a lei de Kirchhoff para correntes a todos os nós, exceto o de referência. Não se deixe influenciar pelo sentido que uma corrente desconhecida possa ter tido em outro nó. Cada nó deve ser tratado como uma entidade isolada, independentemente da aplicação da lei de Kirchhoff para a corrente a outros nós. 5. Resolva as equações resultantes para obter as tensões dos nós. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplos Método dos Nós 1º) Determine as correntes I1, I2 e I3 no circuito da figura abaixo, utilizando o Método dos Nós. I1 I2 I3 V1 Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplos Método dos Nós 2º) a) Determine as tensões indicadas VA e VB no circuito da figura abaixo, utilizando o Método dos Nós. b) Refaça o exemplo utilizando o método das malhas; VA VB Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplos Método dos Nós 3º) a) Determine as tensões indicadas VA e VB no circuito da figura abaixo, utilizando o Método dos Nós. b) Refaça o exemplo utilizando o método das malhas; VA VB Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplos Método dos Nós 4º) a) Determine as tensões indicadas VA, VB e VC no circuito da figura abaixo, utilizando o Método dos Nós. b) Refaça o exemplo utilizando o método das malhas; VA VB VC Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Circuitos Elétricos I – E201 Capítulo 7 Teorema de Thévenin Teorema de Norton Teorema da Superposição Obs.: Slides adaptados do material do Livro “INTRODUÇÃO A ANALISE DE CIRCUITOS 12ª ED. – BOYLESTAD”, disponível no site da Editora http://www.pearson.com.br/boylestad Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução O teorema de Thévenin afirma o seguinte: Qualquer circuito de dois terminais pode ser substituído por um circuito equivalente que consista somente de uma fonte de tensão e de um resistor em série, como mostra a Figura 9.23. Teorema de Thévenin Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução Teorema de Thévenin • Aplicação do Teorema de Thévenin: Substituição de um circuito complexo pelo Equivalente de Thévenin Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Thévenin 1. Remova a parte do circuito para a qual deseje obter um equivalente de Thévenin. No caso da Figura 9.25(a), é necessário remover temporariamente o resistor RL. 2. Assinale os terminais do circuito remanescente, por exemplo, como “a” e “b”. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Thévenin 3. Calcule a Resistência de Thévenin (RTh), colocando primeiro todas as fontes em zero (substituindo as fontes de tensão por curtos-circuitos e as fontes de corrente por circuitos abertos), e, em seguida, determine a resistência equivalente entre os dois terminais escolhidos. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Thévenin 4. Calcule a Tensão de Thévenin (ETh) retornando primeiro todas as fontes às suas posições originais no circuito, e, em seguida, determine a tensão entre os dois terminais escolhidos. (Tenha sempre em mente que a diferença de potencial deve ser calculada com o circuito aberto entre os terminais assinalados no passo 2). Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Thévenin 5. Desenhe o circuito equivalente de Thévenin e recoloque entre os terminais do circuito equivalente a parte que foi previamente removida. Esse passo é indicado pela inserção do resistor RL entre os terminais do circuito equivalente de Thévenin, como indicado na figura a seguir Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Teorema de Thévenin Aplicação dos Passos 1) e 2). Circuito original para o exemplo Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Aplicação do passo 3) Teorema de Thévenin Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Aplicação dos passos 4) e 5). Teorema de Thévenin Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 2: Teorema de Thévenin Utilizando o Equivalente de Thévenin, determinar a tensão entre os pontos a e b (Vab) do circuito da figura 9.32 Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 3: Teorema de Thévenin Utilizando o Equivalente de Thévenin, determinar a corrente I0 entre os pontos a e b do circuito da figura 9.37 I0 Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 4: Teorema de Thévenin Utilizando o Equivalente de Thévenin, determinar a tensão Vba no resistor RL,considerando os seguintes valores: a) RL=1Ω; b) RL=7Ω; c) RL=12Ω Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 5: Teorema de Thévenin Utilizando o Equivalente de Thévenin, determinar a corrente I0 no resistor RL, considerando os seguintes valores: a) RL=4kΩ; b) RL=7kΩ; c) RL=10kΩ I0 Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução O teorema de Norton afirma o seguinte: Qualquer circuito de dois terminais pode ser substituído por um circuito equivalente que consista somente de uma fonte de corrente e de um resistor em paralelo, como mostra a Figura 9.59. Teorema de Norton Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução Teorema de Norton • Aplicação do Teorema de Norton: Substituição de um circuito complexo pelo Equivalente de Norton Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Norton 1. Remova a parte do circuito para a qual deseje obter um equivalente de Norton. No caso da Figura 9.25(a), é necessário remover temporariamente o resistor RL. 2. Assinale os terminais do circuito remanescente, por exemplo, como “a” e “b”. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Norton 3. Calcule a Resistência de Norton (RN), colocando primeiro todas as fontes em zero (substituindo as fontes de tensão por curtos- circuitos e as fontes de corrente por circuitos abertos), e, em seguida, determine a resistência equivalente entre os dois terminais escolhidos. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Norton 4. Para calcular a corrente de Norton (IN), retorne todas as fontes às suas posições originais e em seguida determine a corrente de curto-circuito entre os dois terminais assinalados. Essa corrente é a mesma que seria medida por um amperímetro conectado entre os terminais assinalados no passo 2). Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 PROCEDIMENTO (Passos) Teorema de Norton 5. Desenhe o circuito equivalente de Norton e recoloque entre os terminais do circuito equivalente a parte que foi previamente removida. Esse passo é indicado pela inserção do resistor RL entre os terminais do circuito equivalente de Norton, como indicado na figura a seguir Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Teorema de Norton Aplicação dos Passos 1) e 2) Circuito original para o exemplo Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Aplicação do passo 3) Teorema de Norton Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Aplicação do passo 4) Teorema de Norton Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Aplicação do passo 5) Teorema de Norton Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 2: Teorema de Norton Utilizando o Equivalente de Norton, determinar a tensão entre os pontos a e b (Vab) do circuito da figura 9.32 Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 3: Teorema de Norton Utilizando o Equivalente de Norton, determinar a corrente I0 entre os pontos a e b do circuito da figura 9.37 I0 Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 4: Teorema de Norton Utilizando o Equivalente de Norton, determinar a tensão entre os pontos a e b (Vab) do circuito da figura 9.67 Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Conversão Entre os Equivalente de Thévenin e Norton A partir do circuito equivalente de Thévenin é possível obter o circuito equivalente de Norton e vice-versa. •A resistência equivalente de Thévenin é a mesma que de Norton e vice- versa; •A corrente de Norton é a tensão de Thévenin dividida pela resistência de Thévenin. •A Tensão de Thévenin é a corrente de Norton multiplicada pela resistência de Norton Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução O Teorema da Superposição afirma que: • “A corrente, ou tensão, através de qualquer elemento é igual à soma algébrica das correntes ou tensões produzidas independentemente por cada fonte”. O Teorema da Superposição pode ser utilizado para: • Analisar circuitos que tenham duas ou mais fontes que não estejam em série ou em paralelo. • Revelar o efeito de cada fonte sobre uma quantidade em particular de interesse. Para fontes de diferentes tipos (como CC e CA) o teorema possibilita aplicar uma análise em separado para cada tipo, tendo como resultado total simplesmente a soma algébrica dos resultados. Teorema da Superposição Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Introdução Na aplicação do teorema da superposição, é verificado o efeito de cada fonte independentemente (separadamente). Para isto as outras fontes devem ser “zeradas”, ou seja, fontes de tensão são substituídas por curtos-circuitos e fontes de correntes por circuitos abertos. Teorema da Superposição O número de circuitos analisados é, em geral, igual ao número de fontes independentes, mas em alguns casos é possível considerar o efeito de duas ou mais fontes ao mesmo tempo e reduzir o número de circuitos analisados. E I Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Teorema da Superposição Utilizando o Teorema da Superposição, determinar a corrente I2 indicada. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 1: Teorema da Superposição Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 2: Teorema da Superposição Utilizando o Teorema da Superposição, determinar a corrente I2 indicada. Prof.: Carlos Roberto dos Santos - 1º Semestre de 2016 Exemplo 3: Teorema da Superposição Utilizando o Teorema da Superposição, determinar a corrente I1 indicada.
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