Circuitos Elétricos Aula 02 Conceitos Básicos 2017 2

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CIRCUITOS ELÉTRICOS I
Aula 2
CONCEITOS BÁSICOS
Prof. Humberto Abdalla Jr
abdalla@ene.unb.br
ENE-UnB
Universidade de Brasília
O que você sabe?
 O que é um circuito elétrico
 Para que serve um circuito elétrico
 Sistema Linear, Invariante com o Tempo, Causal
Sistema em Parâmetros Concentrados
ENE-UnB
Universidade de Brasília
O que iremos discutir?
ENE-UnB
Universidade de Brasília
Vo
E1
E3
E2
vC
+
-
I
As grandezas mensuráveis de um circuito elétrico
As Fontes dependentes e independentes do circuito 
A Potência absorvida por um componente
Mas, o que diz a Física em relação a Eletricidade?
Tudo que acontece em Eletricidade está relacionado a dois fenômenos 
Separação de Cargas Elétricas		
Movimento de Cargas Elétricas
Relembrando a Física:
Vamos começar pelos Fundamentos da Engenharia Elétrica. 
Corrente 
Tensão
‹#›
Tudo que acontece em Eletricidade está relacionado a separação de cargas elétricas ou ao movimento de cargas elétricas
Como estão as cargas?
Como estão as cargas?
Qual a relação entre cargas e Magnetismo?
CONCLUSÃO
Todos os efeitos elétricos são atribuídos a separação de cargas elétricas ou ao movimento de cargas elétricas
Grandezas Fundamentais da Engenharia Elétrica
Carga 
Tensão
Corrente
Potência
Energia
Carga 
 
 
A carga é medida em coulombs (C).
1 C = 6,24·1018 elétrons
O que é uma Carga Elétrica Elementar?
A carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga que pode ser encontrada na natureza.
A carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria.
O que é o Coulomb?
É a quantidade de cargas 
O que significa a corrente? 
Elétrons livres
i
Sentido Convencional
Corrente
i
Sentido Real
Considere um fio condutor
Vou Observar o que acontece neste ponto por um determinado tempo
Movimento de carga em uma certa direção 
Uma quantidade de eletrons passou pelo ponto durante o intervalo de tempo de observação
Corrente elétrica
O QUE É CORRENTE ELÉTRICA?
Corrente Elétrica é a quantidade de carga elétrica (coulombs) que passa por um determinado ponto de um condutor em um intervalo de tempo.
‹#›
quantidade de carga elétrica (coulombs) que passa por um determinado ponto de um condutor em um intervalo de tempo
Corrente: 
O termo, corrente elétrica, é originado de uma antiga concepção sobre a eletricidade ser um fluido capaz de se canalizar por condutores.
Definição de COULOMB: 
 É a quantidade de carga elétrica transportada em 1 segundo por uma corrente de 1 ampère.
 
A
Considere um condutor alimentado por uma bateria.
Ao mesmo tempo, vamos observar quantos elétrons passam em um determinado ponto do circuito 
Vamos colocar um Amperímetro e medir a corrente
1
 
i =
6,24·1018 elétrons/ segundo
O Observador contou 6,24·1018 elétrons 
1 C = 6,24·1018 elétrons
Lembre-se
O que significa 1 Ampere.
‹#›
 É um Fluxo de eletrons viajando atraves de um condutor em um determinado intervalo de tempo
 Somente alguns materiais tem eletrons livres no seu interior.
 Condutores: 
SIM!
NÃO!
 Não tem eletrons livres = Não existe corrente
vidro
borracha
óleo
asfalto
fibra de vidro
porcelana
cerâmico
quartzo
algodão seco
papel seco
madeira seca
plástico
ar
diamante
água pura
prata
cobre
ouro
alumínio
ferro
aço
latão
bronze
mercúrio
grafite
concreto
agua suja
 Insolantes: 
 
ampère (A)
A corrente é imaginada como o movimento de cargas positivas.
Corrente elétrica (i)
Corrente convencional 
cargas positivas
cargas negativas (elétrons)
adotada
Corrente eletrônica 
Concluindo:
Movimento da carga elétrica por unidade de tempo
1 elétron = 1,6021 x 10-19 C (coulomb)
Lembre-se
1 C = carga de 6,24 x 1018 elétrons
ATENÇÃO
‹#›
c) A lei de conservação de carga afirma que não se pode criar ou destruir cargas elétricas, apenas transferir. Portanto, a soma algébrica das cargas elétricas em um sistema não pode ser alterada.
Carga
três observações relacionadas à carga elétrica
a) O coulomb é uma unidade muito grande. Em 1C cabem
6,24·1018 elétrons. Os valores observados em laboratório são da ordem de pC, nC ou μC.
b) As únicas cargas que podem ocorrer na natureza são múltiplos da carga eletrônica e = 1,602·10-19C.
Movimento da carga elétrica ⇒ Corrente elétrica (i)
RESUMINDO
Dois tipos de corrente que são tipicamente empregados em circuitos elétricos:
a) Corrente contínua (CC) é aquela que não varia com o tempo.
Contínua
[cc dc]
b) Corrente alternada (CA) é a corrente que varia senoidalmente com o tempo.
Senoidal
[ca ac]
Grandezas Fundamentais – Corrente Elétrica
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
Movimento de carga elétrica por unidade de tempo
Corrente elétrica
Se a carga q é conhecida, podemos calcular a corrente i
INSISTINDO
‹#›
quando
Grandezas Fundamentais – Corrente Elétrica
Se a carga q é conhecida, podemos calcular a corrente i
‹#›
LEMBRE-SE
Solução
Grandeza Fundamental: Corrente Elétrica x Carga Elétrica
EXERCÍCIOS BÁSICOS: Usando diretamente a formula
‹#›
Solução:
LEMBRE-SE
 
 
 
 
Grandeza Fundamental: Corrente Elétrica x Carga Elétrica
Solução:
LEMBRE-SE
 
 
 
 
Vamos Resolver o mesmo Problema , agora para carga total entre t=0 e 1 s
 
 
 
 
 
 
Corrente elétrica
NÃO ESQUEÇA
 
INSISTINDO
ENE-UnB
Universidade de Brasília
Circuitos Elétricos I
Tensão Elétrica
ENE-UnB
Universidade de Brasília
Circuitos Elétricos I
Para que os elétrons se movimentem em um condutor metálico, é necessário uma força que os “empurre”. 
Esta força pode ser caracterizada como diferença de potencial (tensão elétrica)
ENE-UnB
Universidade de Brasília
Duas palavras sobre ENERGIA e TRABALHO
A palavra Energia vem do grego “ergos” que significa "trabalho".
εργος 
A pilha tem Energia & vai dispender Energia para realizar o trabalho de acender a Lâmpada
Qualquer coisa que esteja a trabalhar está a "gastar" energia
Portanto, qualquer coisa que esteja pronta a trabalhar possui Energia
Enquanto o trabalho é realizado, ocorre uma Transferência de Energia.
mover outro objeto
Aquecer outro objeto
Atravessar um objeto por uma corrente elétrica
Observação 1
TRABALHANDO
Gastando Energia
CONCEITO DE TENSÃO ELÉTRICA ( ddp)
Tensão sobre um elemento: é o trabalho realizado para mover através do elemento (de um terminal para o outro) uma unidade de carga (+1C).
Tensão
Energia
 
Tensão Elétrica é quantidade de energia gerada para movimentar uma carga.
Portanto, o gerador necessita liberar energia elétrica para movimentar a carga.
A Tensão entre dois pontos de um circuito é o trabalho (W) necessário (em Joules) para mover 1 C de carga (q), entre dois pontos.
+
-
VLampada
GENERALIZANDO...
CONSIDERE OS 3 CIRCUITOS:
É necessário definir tanto a intensidade quanto o seu sentido
REPRESENTAÇÃO DA TENSÃO: 
 
=
INTENSIDADE & SENTIDO
Como saber se um Elemento Fornece ou Absorve Energia do Circuito?
É preciso Conhecer:
O sentido da Corrente que atravessa o elemento.
A Polaridade da Tensão 
+ 
MESMO SENTIDO : 
ELEMENTO ATIVO: 
Fornece Energia ao Circuito 
SENTIDO CONTRARIO: 
ELEMENTO PASSIVO: Absorve Energia ao Circuito 
Fornece Energia
Absorve Energia
Como saber se um Elemento Fornece ou Absorve Energia do Circuito?
Elemento Ativo : fornece energia ao circuito
Tensão e Corrente no mesmo sentido
Tensão e Corrente em sentidos opostos
Elemento Passivo : absorve energia do circuito
Para sabermos se o elemento está fornecendo ou consumindo ENERGIA é necessário conhecer a polaridade da tensão mais o sentido da corrente que atravessa o elemento.
Grandezas Fundamentais – ENERGIA
Ex: Identifique quando o elemento está fornecendo ou consumindo ENERGIA 
a)
c)
b)
d)
absorvendo energia
absorvendo energia
entregando energia
entregando energia
Grandezas Fundamentais – ENERGIA
Grandezas Fundamentais – Corrente Elétrica
Grandezas
Fundamentais – Tensão
POTÊNCIA
?
Potência de uma lâmpada 
Potência é a grandeza que determina a quantidade de Energia fornecida pela fonte (ou consumida pela carga) por unidade de tempo.
A potência de uma lâmpada nos informa a quantidade de energia que ela “gasta” durante um determinado período de tempo. 
Quando falamos que usamos uma lâmpada de 100 Watts (100 W), estamos dizendo que gastamos 100 Joules a cada segundo 
100 Watts 
Em outros termos, Potência é a rapidez com a qual uma certa quantidade de energia é consumida (é transformada).
Potência (Watts)
Potência é a quantidade de Energia fornecida por uma fonte ou absorvida por um corpo a cada unidade de tempo.
POTÊNCIA
A Potência absorvida ou fornecida por um elemento é o produto da tensão sobre este elemento e a corrente através dele.
É o trabalho (W) necessário (em Joules) para mover 1 C de carga (q), entre dois pontos.
TENSÃO
É a razão na qual um corpo absorve ou produz energia
Exemplo:
 
Lembre-se
‹#›
Os dois componentes das figuras abaixo fazem parte de um circuito elétrico. Em cada figura, considere que o componente 1 absorve 36 W (P1=36 W).
 Determine se o componente 2 está absorvendo ou fornecendo potência e quanto.
Exemplo:
 
Lembre-se
Solução:
a) 
 
 
 
 
Absorvendo potência
b) 
 
 
 
 
fornecendo potência
Componente 1 absorve Potência
Corrente entrando no terminal Positivo
Grandezas Fundamentais – ENERGIA
Grandezas Fundamentais – Corrente Elétrica
Grandezas Fundamentais – Tensão
Grandezas Fundamentais – Potência
?
ENERGIA em função da POTÊNCIA
Grandezas Fundamentais – ENERGIA
Grandezas Fundamentais – Corrente Elétrica
Grandezas Fundamentais – Tensão
Grandezas Fundamentais – Potência
i
v
Solução:
 
Exemplo:
Solução:
 
Lembre-se
 
i
v
a
b
 
 
Conheço:
1) Calcular a Corrente
2) Calcular a Potencia
3) Calcular a Energia fornecida entre 0 e t segundos
Solução:
 
 
i
v
a
b
 
 
1) Calcular a Corrente
2) Calcular a Potencia:
 
3) Calcular a Energia fornecida entre 0 e t segundos
 
 
0
t
O que é “terra”
“terra” é o terminal de referencia onde todas as outras tensões são medidas
+
_
V1
+
_
V2
+
_
V3
Referencia
A maioria das pessoas escolhe a Terra como Plano de Referência
A conexão para a terra em aparelhos elétricos é feita por meio de um terceiro fio
.
A Terra é na realidade um enorme Nó de referencia.
+
_
V2
+
_
V1
+
_
V2
+
_
V3
Simbolo – Plano Terra
V4
+
_
Positivo em relação a terra
Negativo em relação a terra
Fio terra
O fio terra tem a função de capturar a corrente elétrica que algumas vezes quer "fugir" do interior dos aparelhos defeituosos e conduzi-la para a terra, desviando-a do corpo das pessoas. 
Energia
Corrente Elétrica
Grandezas Mensuráveis em um Circuito
Potência
Tensão
+
Circuitos Resistivos
PRÓXIMA AULA
As Fontes dependentes e independentes o circuito 
+