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Universidade Federal do Rio Grande do Norte Escola de Ciências e Tecnologia Eletricidade Aplicada Elementos de Circuitos Elétricos e as Leis de OhmElétricos e as Leis de Ohm Prof.: André Tavares da Silva Tópicos • Elementos de Circuitos Elétricos: – Resistores – Capacitores – Indutores – Indutores – Fontes de alimentação • Leis de Ohm Bipolo – Elemento de Circuito ideal • Dispositivo elétrico com dois terminais acessíveis através dos quais pode fluir uma corrente elétrica. • Exemplo? Bipolo • O deslocamento de cargas através de uma superfície constitui uma corrente elétrica: i(t) = dq(t) / dt • Em qualquer instante a corrente que entra por um dos terminais deve ser igual a que sai do outro terminal. • A tensão ou diferença de potencial é a energia • A tensão ou diferença de potencial é a energia necessária para mover uma carga unitária em um percurso. Potência • A potência instantânea fornecida ou recebida por um bipolo é: p(t) = v(t). i(t) • A potência pode ser absorvida ou fornecida por um bipolo. Essa determinação é feita pelo sentido da corrente que passa pelo bipolo: • O sinal da potência, ou seja, do produto v.i, também pode determinar se a potência está sendo absorvida ou fornecida pelo bipolo, dependendo da convenção adotada: Potência � v. i > 0 → bipolo fornece potência � v. i < 0 → bipolo recebe potência � v. i > 0 → bipolo recebe potência � v. i < 0 → bipolo fornece potência Convenção do gerador Convenção do receptor ou passiva Resistência Elétrica • Um resistor ou resistência é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, com a finalidade de transformar energia elétrica em energia térmica (efeito joule), a partir do material empregado, que pode ser, por exemplo, carbono. • Resistores são componentes que têm por finalidade • Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. • A essa oposição damos o nome de resistência elétrica, que possui como unidade ohm (Ω). • O oposto à resistência elétrica é a condutância, dada em Siemens (S) . S = 1/ Ω. Resistência Elétrica • Materiais condutores (muitos elétrons livres => baixa resistência) x • Materiais isolantes • Materiais isolantes (poucos elétrons livres => alta resistência) Unidade de Resistência Elétrica • A resistência elétrica é representada com a letra R e sua unidade é o ohm (Ω) • Mili ohm = mΩ – 1mΩ = 10⁻³Ω • ohm = 1Ω• ohm = 1Ω • Kilo ohm = kΩ - 1kΩ = 1000Ω • Mega ohm = MΩ – 1MΩ = 10⁶Ω Resistores Ideais • Simbologia •Dispositivos cujo valor de resistência, sob condições normais, permanece constante Resistores Reais • Diversas tecnologias de fabricação Resistores Resistores Resistores Resistores Fixos Resistores Variáveis • Reostato – É um resistor variável com dois terminais, sendo dois fixos e um outro deslizantedeslizante – Geralmente são utilizados com altas correntes Resistores Variáveis • Potenciômetro – É um tipo de resistor variável comum, sendo comumente utilizado para controlar o volume em controlar o volume em amplificadores de áudio Resistores Variáveis • Trimpot – Resistor variável usado normalmente para ajustes Resistores Especiais • Termistores – São resistências que variam o seu valor de acordo com a temperatura a que estão submetidassubmetidas • PTC - Positive Temperature Coefficient T R • NTC - Negative Temperature Coefficient T R Resistores Especiais • LDR - Light Dependent Resistor – É uma resistência que varia, de acordo com a intensidade luminosa incidida – A relação geralmente é inversa, ou seja a resistência diminui com o aumento a resistência diminui com o aumento da intensidade luminosa – Muito usado em sensores de luminosidade Resistores Especiais • VDR - Voltage Dependent Resistor – Também conhecido como varistor – É uma resistência que varia, de – É uma resistência que varia, de acordo com a tensão elétrica a que é submetida – É utilizada no projeto de circuitos de proteção Capacitores e Indutores • Elementos que armazenam uma quantidade limitada de energia, que pode ser recuperada em algum momento. Logo as equações que regem o comportamento desses elementos são equações diferenciais, diferentes da equação algébrica que rege diferenciais, diferentes da equação algébrica que rege o comportamento do elemento resistor (Lei de Ohm). Capacitores Capacitores • Trimmers• Trimmers Capacitores • Código de cores Capacitores • Capacitor de placas planas e paralelas Capacitores • A capacitância é a medida da capacidade de armazenamento de carga em um certo diferencial de potencial • Unidade SI: Farad CVq =Unidade SI: Farad • A quantidade de carga sobre as placas do capacitor depende da diferença de potencial e da geometria do capacitor CVq = Capacitores d A Ed EAVqC 00/ εε === EdV = EAq 0ε= dEd - Em um capacitor de placas paralelas, a capacitância é proporcional à área das placas e inversamente proporcional à separação entre elas - Eo: permissividade elétrica do vácuo Capacitores - Um dielétrico enfraquece o campo elétrico entre as placas de um capacitor: as moléculas do dielétrico provocam um campo elétrico adicional oposto à do campo externo - A polarização do dielétrico cria uma carga superficial nas faces do dielétrico 0 0 C d AC κκε == k EE 0= k VV 0= Capacitores Capacitores • Simbologia • Energia armazenada e corrente de um capacitor 2 2 1 CVW = dt dvCi = Capacitores • Carga e descarga de um capacitor Indutores • O indutor é um dispositivo no qual a energia elétrica é armazenada no campo magnético criado pelas correntes que circulam por ele • Tensão em um indutor VL = L (di/dt ) – Onde: V = Tensão é a tensão entre os terminais do indutor– Onde: VL = Tensão é a tensão entre os terminais do indutor – L = φ/iL é a indutância em henry (H) – φ é o fluxo magnético em weber (Wb) • Se opõe a variação de corrente – Filtro de corrente Indutores Indutores • Simbologia • Energia armazenada e tensão em um indutor 2 2 1 LIW = dt diLv = Indutores • Polaridade magnética Fontes de Alimentação • Uma fonte de eletricidade é um dispositivo capaz de transformar outras fontes de energia em energia elétrica e vice-versa Bateria: Química -> elétrica (descarga) e – Bateria: Química -> elétrica (descarga) e elétrica -> química (carga) – Dínamo: Mecânica -> elétrica (gerador) e elétrica -> mecânica (motor) Fontes de Alimentação • Fonte ideal de tensão: Elemento que mantém uma tensão especificada entre os seus terminais qualquer que seja a corrente entre os seus terminais • Fonte ideal de corrente: Elemento que é especificado por uma corrente especificada qualquer que seja a tensão entre os seus terminais • Na prática não existem fontes ideais Fontes de Alimentação • Fonte independente: Estabelece uma tensão ou corrente em um circuito independentemente dos valores de tensão e corrente em outros pontos do circuito • Fonte dependente: Estabelece uma tensão ou corrente em um circuito cujo valor depende do valor da tensão ou corrente um circuito cujo valor depende do valor da tensão ou corrente em outro ponto do circuito -> fontes controladas Fontes de Tensão • Ideal - Real: ddp (tensão de saída da fonte) diferente da f.e.m. 2 2 1 LIW = Fontes de Corrente • Ideal - Real Fontes Dependentes 1ª Lei de Ohm • George Simon Ohm estudou as relaçõesentre tensão, corrente e resistência elétrica e observou que: – “A intensidade da corrente elétrica é diretamente – “A intensidade da corrente elétrica é diretamente proporcional à diferença de potencial à que está submetido o condutor e inversamente proporcional à resistência elétrica deste condutor.” 1ª Lei de Ohm • onde: V = diferença de potencial, tensão ou força eletromotriz em volts (V) • R = resistência elétrica em ohms (Ω) • I = intensidade da corrente elétrica em ampères(A) 1ª Lei de Ohm • Uma resistência comporta-se como um bipolo passivo, isto é, consome a energia elétrica fornecida por uma fonte de alimentação, provocando “queda de potencial” no circuito quando uma corrente passa por elapor ela 1ª Lei de Ohm • Característica linear → comportamento ôhmico → resistência elétrica 1ª Lei de Ohm • Condutância – ao contrário da resistência, expressa a facilidade com que a corrente elétrica pode atravessar um determinado material • Unidade 1/ohm = 1 mho (Ω-1) ou Siemens (S) 1ª Lei de Ohm • Curto-circuito – ligação de um condutor (R≈0Ω) diretamente entre os polos de uma fonte de alimentação ou de uma tomada da rede elétrica – Corrente extremamente elevada – calor intenso – Proteção por fusíveis, disjuntores e/ou limitadores de corrente 1ª Lei de Ohm • A partir da lei de Ohm, pode-se obter a potência através das expressões: 2ª Lei de Ohm • A resistência de um condutor depende de: – Natureza do material, cada material tem uma constituição diferente quanto a organização dos átomos em sua estrutura – Assim um fio de cobre ou um fio de níquel-cromo têm – Assim um fio de cobre ou um fio de níquel-cromo têm resistências diferentes – isto chama-se resistividade 2ª Lei de Ohm • A resistência é inversamente proporcional à – área da seção transversal do material e – diretamente proporcional ao comprimento • Maior seção, menor resistência• Maior seção, menor resistência • Maior comprimento, maior resistência 2ª Lei de Ohm • A fórmula para calcular a resistência é: – onde: R = resistência elétrica em ohms (Ω) – ρ = resistividade, em Ωm– ρ = resistividade, em Ωm – l = comprimento, em m – S = área da seção transversal, em mm²
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