Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
PSI 3211 - Circuitos Elétricos I Profa. Elisabete Galeazzo Aula 2 – 08/03/2017 Tópicos da aula: 1) Corrente elétrica 2) Tensão elétrica 3) Definição de Bipolos 4) Potência elétrica convenção de gerador convenção de receptor 5) Energia elétrica Exercícios relacionados aos tópicos 1) Corrente elétrica Definição de corrente elétrica: Quantidade de carga que atravessa uma seção transversal do condutor em um determinado intervalo de tempo As cargas elétricas só se deslocarão em um sentido orientado se o fio condutor for ligado a uma bateria ou fonte de tensão! Corrente elétrica Sentido da corrente elétrica: SENTIDO OPOSTO do deslocamento dos elétrons (fator histórico) MESMO SENTIDO do deslocamento das cargas positivas. Corrente total em um condutor: Soma das CARGAS POSITIVAS que se deslocam no sentido de referência e das CARGAS NEGATIVAS que se deslocam no sentido oposto a ele. Valor médio e valor instantâneo da corrente elétrica Exemplo: Determine a corrente no condutor num dado intervalo t: Exercício 1: Calcular a corrente total que flui em um semicondutor, sabendo-se que: a) 3x108 lacunas atravessam a seção transversal do semicondutor por segundo, no sentido da direita para a esquerda, b) 3x1017 elétrons por segundo atravessam a mesma seção transversal do semicondutor da esquerda para a direita. Tipos de Correntes Elétricas Correntes contínuas: Oriundas de pilhas e baterias Correntes alternadas, ou seja, são descritas por funções periódicas que variam em função do tempo. Ex: rede elétrica residencial. Outros tipos de corrente elétrica Corrente pulsante: Varia ao longo do tempo, mas não muda de sentido. Outros exemplos de correntes alternadas, com distintas formas: Como medir corrente elétrica num circuito? • Medidor de corrente: AMPERÍMETRO AMPERÍMETRO IDEAL: . Resistência interna nula : não perturba a operação do circuito É colocado em série com o circuito Símbolo do Amperímetro e sua ligação no circuito 2) Tensão Elétrica: É a razão entre o trabalho (energia) para separar cargas positivas das negativas por quantidade de carga a ser separada v(t) = 𝑑𝑤(𝑡) 𝑑𝑞 w é medida em joules, q é medida em coulombs. A unidade de tensão (v) é volts. Como medir tensão elétrica num circuito? • Aparelho p/ medir tensão elétrica: voltímetro Voltímetro ideal: Tem resistência interna infinita não passa corrente pelo voltímetro. É conectado EM PARALELO com os terminais do elemento (ou bipolo) que se deseja medir. Símbolo do voltímetro e sua ligação no circuito Sentido das flechas de corrente e tensão no circuito • Flechas de corrente: indicam como o amperímetro deve ser conectado ao circuito: O terminal positivo (+) do amperímetro indica corrente entrando no bipolo. • Flechas de tensão: indicam como o voltímetro deve ser conectado ao circuito: O terminal positivo (+) do voltímetro deve ser ligado ao maior potencial do bipolo e o seu terminal negativo (-) ligado no menor potencial do bipolo. Exercício 2 • Indiquem como devem ser ligados o amperímetro e o voltímetro nos 2 circuitos, com seus terminais não intercambiáveis, para medir corretamente a corrente e tensão: 3) Conceito de bipolos elétricos • Dispositivos com dois terminais acessíveis através dos quais pode-se circular corrente elétrica. • Toda corrente que entra em um dos terminais do bipolo deve ser igual a corrente que sai pelo outro terminal. • Exemplos de bipolos: resistores; capacitores, indutores, geradores, diodos, .... Convenção de Bipolo Gerador • Nos bipolos geradores de energia, ou seja, que entregam energia ao circuito, temos: ou Convenção de Bipolo Receptor • Nos bipolos receptores de energia, ou seja, que absorvem a energia, temos: ou 4) Conceito de Potência Elétrica • Potência instantânea (p(t)) pode ser fornecida ou absorvida pelo bipolo. Sua unidade é watts. Representa a taxa temporal de transferência de energia por unidade de tempo: p(t) = 𝑑𝑤 𝑑𝑡 sendo que: dw = v(t).dq; p(t) = v. 𝑑𝑞 𝑑𝑡 p(t) = v(t). i(t) A potência instantânea pode variar com o tempo. Para saber se a potência está sendo fornecida ou recebida no bipolo, é necessário fixar convenções: Convenção v . i Bipolo fornece ou recebe potência? Gerador > 0 Bipolo fornece potência Receptor > 0 Bipolo recebe potência Exemplos de bipolos geradores e receptores Análise de um circuito simples Convenção de gerador: Gerador fornece potência ao circuito. P > 0 Convenção de receptor: Carga recebe, dissipa potência. P > 0 Exercício 3 Uma linha de transmissão de corrente contínua de alta tensão entre as cidades A e B opera com uma tensão de 800 kV e uma corrente de 1800 A. Calcule a potência (em MW) na cidade A e indique o fluxo de potência. A B Dica: indique o sentido da tensão e da corrente na fonte geradora de energia. Resolução A v(t) = V = 800 x 103 V i(t) = I = 1,8 x 103 A Cidade A: convenção de gerador. P = V. I = 800 x 103 x1,8 x 103 = 1440 MW ; P > 0 Fluxo de Potência: no sentido de quem fornece para quem recebe a potência. B I V Cidade B: convenção de receptor. P > 0 Exercício 4 Para o bipolo abaixo determine o valor da potência, e indique se essa potência está sendo recebida ou fornecida. Coloque corretamente o amperímetro e voltímetro para medir corrente e tensão respectivamente: O bipolo está na convenção de Gerador. P = 5 x 5 = 25 W Como P > 0, o bipolo está fornecendo potência. Exercício 4A O bipolo está na convenção é de receptor P = 5 x ( - 5) = -25 W. Como a P < 0, o bipolo está fornecendo potência. Potência Média • Define-se potência média num intervalo [t1, t2]: 𝑃 = 1 𝑡2 −𝑡1 𝑝 𝑡 𝑑(𝑡) 𝑡2 𝑡1 Caso v(t) e i(t) forem funções periódicas, com período T, temos que: 𝑃 = 1 𝑇 𝑣 𝑡 . 𝑖(𝑡)𝑑(𝑡) 𝑇 0 Energia Elétrica • Lembrando-se que: p(t) = representa a taxa temporal de transferência de energia por unidade de tempo p(t) = 𝑑𝑤 𝑑𝑡 Logo, teremos que: 𝑤 𝑡, 𝑡𝑜 = 𝑣 𝜏 . 𝑖 𝜏 . 𝑑(𝜏) 𝑡 𝑡𝑜 Sendo que a unidade prática de Energia não é joules, e sim “kWh”. 1 kWh = 3,6 x 106 J Exercício 5 • Deseja-se decidir qual bateria usar em um projeto de celular em termos de energia armazenada. Dispõe-se das seguintes baterias: (i) níquel cádmio (NiCd) de 6 V e 950 mA-h e (ii) de íons-lítio (Li-Ion) de 7,2 V e 900 mA-h. Qual delas armazena mais energia? Bateria NiCd: 5,7 Wh Bateria Li-Ion: 6,48 Wh Exercícios adicionais • Posicione corretamente o voltímetro e o amperímetro para medir os sinais v, i nos circuitos abaixo: Indique qual ligação está correta para medir a corrente do circuito abaixo: - + - + + + - - Indique a convenção dos bipolos Indique se os bipolos fornecem ou recebem potência 4 V 4 V 4 V 4 V - 5 A - 2 A - 5 A - 5 A
Compartilhar