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Disciplina Eletricidade Aplicada Professor José Eustáquio do Amaral Pereira 1 Objetivos Gerais: � Esta disciplina, em seu contexto, se propõe a apresentar aos alunos conceitos, técnicas e ferramentas importantes para a compreensão de problemas cotidianos da área, ajudando a desenvolver o raciocínio lógico. � Visa também dar a base física e matemática para o crescimento do discente durante o curso, possibilitando-lhe o desenvolvimento de competências e habilidades para aplicar conhecimentos físicos, matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais à engenharia, e desenvolver e/ou utilizar novas Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira tecnológicos e instrumentais à engenharia, e desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas técnicas. 2 Conteúdo Programático Unidade 1- Lei de Ohm e Potência • 1.1. O circuito elétrico • 1.2. Resistência • 1.3. Resistores • 1.4. Lei de Ohm • 1.5. Potência elétrica Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira • 1.5. Potência elétrica • 1.6. Energia elétrica Unidade 2. Circuitos Série de Corrente Contínua • 2.1. Tensão • 2.2. Corrente • 2.3. Resistência em circuitos série • 2.4. Polaridades das quedas de tensão • 2.5 .Condutores • 2.6. Potência total em um circuito série • 2.7. Quedas de tensão 3 Conteúdo Programático Unidade 3. Circuitos paralelos de Corrente Contínua • 3.1. Tensão • 3.2. Corrente • 3.3 Resistência em paralelo • 3.4. Circuito aberto e curto-circuito • 3.5. Divisão de corrente Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira • 3.5. Divisão de corrente • 3.6. Potência em circuitos paralelos Unidade 4. Circuito serie- paralelo -Misto • 4.1. Tensão • 4.2. Corrente • 4.3. Resistência • 4.4. Potencia • 4.5. Potencia total 4 Conteúdo Programático Unidade 5. Leis de Kirchoff • 5.1. Lei de Kirchoff para a tensão • 5.2. Lei de Kirchoff para a corrente • 5.3. Correntes de malha • 5.4. Tensões dos nós Unidade 6. Fator de Potencia • 6.1. Calculo de fator de potencia • 6.2. Correção do fator de potencia. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira • 6.2. Correção do fator de potencia. • 6.3 - Fasores 5 Bibliografia Básica 1. BOYLESTAD, Robert L. Introdução à análise de circuitos. 10a. ed., São Paulo: Prentice Hall, 2004. 2. EDMINISTER, Joséph A. Circuitos elétricos. 2a. ed., São Paulo: Pearson Education do Brasil (Coleção Schaum), 1991. 3. GUSSOW, Milton. Eletricidade básica. 2. ed., São Paulo: Pearson Makron Books, 1996. Bibliografia Complementar: Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 6 Bibliografia Complementar: 1. CAPUANO, Francisco G. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 20a. ed., São Paulo: Érica, 1998. 2. ALBUQUERQUE, Rômulo O. Análise de Circuitos em Corrente Contínua. 12a. ed., São Paulo: Érica, 1998. 3. ALBUQUERQUE, Rômulo O. Análise de Circuitos em Corrente Alternada. 4a. ed., São Paulo: Érica, 1989. 4. BARTKOWIAK, Robert A. Circuitos elétricos. 2a. ed. Rev., São Paulo: Makron Books, 1999. 5. SILVA FILHO, Matheus Teodoro. Fundamentos de eletricidade. 1a ed., Rio de Janeiro: LTC, 2007. MODULO-1 Circuito Elétrico, Lei de ohm e Potência Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 7 ELETRICIDADE Movimento cinético organizado dos elétrons livres em ummeio físico, condutor ou semicondutor. Em um circuito elétrico, este movimento cinético é convertido em uma corrente elétrica que por sua vez Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira convertido em uma corrente elétrica que por sua vez produz energia luminosa ou energia cinética em motores. 8 ELETRICIDADE Os materiais que tem um número muito pequeno de elétrons livres são os isolantes. Nestes materiais é necessário gastar muito mais energia para libertar os elétrons de suas órbitas externas nos átomos. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 9 átomos. Exemplos: vidro,mica,porcelana,borracha,plásticos,nylon,madeira seca, papel seco,poliéster. ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 10 ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 11 ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 12 ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 13 ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 14 ELETRICIDADE CIRCUITO ELÉTRICO É CONSTITUIDO PELO MENOS QUATRO PARTES : � UMA FORÇA ELETROMOTRIZ; � CONDUTORES; Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira � UMA CARGA; � INSTRUMENTOS DE CONTROLE. 15 ELETRICIDADE CIRCUITO ELÉTRICO FECHADO OU COMPLETO: Consiste num percurso sem interrupção para corrente, desde a força eletromotriz , passando pela a carga e voltando á fonte. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 16 ELETRICIDADE CIRCUITO ELÉTRICO ABERTO OU INCOMPLETO: Quando podemos interromper no circuito que a corrente elétrica complete seu percurso. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 17 IDENTIFICAÇÃO DOS CONDUTORES CORRENTE ALTERNADA CORRENTE CONTINUA - NEGATIVO : PRETO - POSITIVO: VERMELHO Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 18 ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 19 ELETRICIDADE RESISTORES FIXOS: Possui um único valor de resistência que permanece constante sob condições normais. TIPOS: - Resistor de Carbono O elemento básico é grafite, são baratos e os valores da resistência Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira O elemento básico é grafite, são baratos e os valores da resistência variam de 1 a 22 M - Resistor de fio enrolado O elemento básico é geralmente fio de níquel – cromo enrolado em aspiral sobre uma haste de cerâmica. Os valores variam de 1 a 100 K . 20 ELETRICIDADE RESISTORES VARIAVEIS: São usados para variar ou mudar a quantidade de resistência de um circuito. TIPOS: - Potenciômetro. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira - Potenciômetro. Possui o elemento resistivo de carbono. Utilizado para variar a tensão no circuito. - Reostato Possui o elemento por fio. Utilizado para variar a corrente elétrica do circuito. 21 LEI DE OHM A Lei de Ohm, assim designada em homenagem ao seu formulador Georg Simon ohm, indica que a diferença de potencial (V) entre dois pontos de um condutor é proporcional à corrente elétrica(I). Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 22 LEI DE OHM Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 23 LEI DE OHM Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 24 LEI DE OHM Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 25 LEI DE OHM A resistência depende da geometria do condutor (espessura e comprimento) e do material de que ele é feito. A resistência é diretamente proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional a área de secção (a espessura do condutor). Observe a figura abaixo. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 26 Fórmula para calcular A fórmula para calcular a resistência é: R = ρ(L/A) R = resistência elétrica em ohms (Ω). ρ= resistividade, em Ω/mm²/m. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 27 ρ= resistividade, em Ω/mm²/m. L = comprimento, em m. A = área da seção transversal, em mm². EXERCICIO Um condutor de cobre apresenta 1,0km de comprimento por 10mm2 de secção e uma resistividade de 0,019 ohm/mm2 /m.Aplicando-se uma diferença de potencial de 38V, que intensidade de corrente elétrica irá percorrer o fio? RESP. 20A Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 28 Resistividade do material (Ω.Ω.Ω.Ω.m) A resistividade de um condutor depende do material de que ele é feito. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 29 Seção Transversal. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 30 LEI DE OHM Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 31 LEI DE OHM Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 32 UNIDADES DE RESISTENCIAS.- Ohm = 1Ω - Kilo Ohns = kΩ-1kΩ= 1000Ω - Mega Ohns = MΩ–1MΩ= 10⁶Ω Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 33 - Mega Ohns = MΩ–1MΩ= 10⁶Ω - Mili Ohns = mΩ–1mΩ= 10⁻³Ω - Micro Ohns= Ω-1 Ω = 10-6 Ω Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 34 LEI DE OHM Exercicios Resolvidos 2.1. Qual a intensidade da corrente em um condutor que tem resistência de 1000 Ohms se a tensão aplicada for de a) 2V b) 100V c) 50mV R: Para cada caso deveremos especificar U em Volts (V) e R em OHMS( ) a) I = 2V/1000 Ω = 0,002A = 2mA b) I = 100V/1000 Ω = 0,1A = 100mA Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 35 b) I = 100V/1000 Ω = 0,1A = 100mA c) I= 50mV/1000 Ω = 50.10-3V/1000 =50.10-3/103 = 50.10-6A = 50 A LEI DE OHM 2.2. Qual deve ser a tensão em um condutor de 10KOhms de resistência para a corrente tenha intensidade de: a) 2mA b) 0,05A d) 20mA R: Para determinar a tensão dado a resistência e a corrente usamos a 1ª Lei de OHM na forma: V = R.I se R é em OHMS e I é em AMPERES, a tensão V será obtida em VOLTS a) V = 10.103.2.10-3 = 20V Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 36 a) V = 10.103.2.10-3 = 20V b) V = 10.103.5.10-2= 50.101 =500V c) V = 10.103.20.10-3= 200 V ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 37 LEI DE OHM Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 38 LEI DE OHM Outras relações, envolvendo resistência e potência, são obtidas por substituição algébrica: Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 39 Cálculo da Potência • Leis conhecidas – P = E x I - (1)- potência = tensão x corrente – E = R x I - (2) – tensão = resistência x corrente Substituindo a equação (2) em (1) Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira • Substituindo a equação (2) em (1) – P = (R x I) x I = R x I2 Exercícios • 1 – Qual é a corrente I que circula pelos condutores? • 2 – Se a tensão da rede fosse 220 V qual seria a corrente? • 3 – Supondo nula a resistência dos condutores, qual seria o ~ I Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira dos condutores, qual seria o valor da resistência do chuveiro para cada um dos casos acima? (Chuveiros de 4500 W para 127 V e 220 V) 127 V 4.500 W Respostas 1 – 35,4 A 2 – 20,5 A 3 – 3,6 Ω e 10,7 Ω • 1 - Qual é o valor da corrente I no circuito? • 2 – Calcule a potência em R. • 3 – Resolva as questões 1 e 2 supondo que agora a tensão é 220 V. ~ I Exercícios Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 220 V. • 4 – Considere um chuveiro de 6.600 W / 220 V. Qual será a potência desse chuveiro se o ligarmos a uma rede de 127 V? 127 V R = 10 Ω Respostas 1 – 12,7 A 2 – 1.613 W 3 – 22 A – 4.840 W 4 – 2.200 W ELETRICIDADE Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 43 • Considere um condutor de cobre com 40m de comprimento,10 mm2 de área de seção e com a resistividade de 1,7 x 10-8 Ω.m. Calcular a resistência desse condutor e a energia dissipada por ele durante 30 minutos, supondo que a corrente que flui nesse intervalo é constante e igual a 12 A. Exercícios Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira intervalo é constante e igual a 12 A. • R = 4,9 Wh • Recalcule a energia dissipada para um condutor de 4 mm2 • R = 12,2 Wh EXERCICIOS Qual é a energia consumida por uma lâmpada fluorescente de 20 W ligada por um período de 30 minutos? Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 45 FIM Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira MUITO OBRIGADO. 46
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