Eletricidade Aplicada – Cafeteira Elétrica

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Felipi Almeida de Lara – RA 00093378 
Gilsiley Soares Cerqueira – RA 00093199 
Jamile Marum Guimarães – RA 00014371 
 
 
 
 
 
Cafeteira Elétrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sorocaba 
2018 
 
Conceito Eletricidade 
Eletricidade é o ramo da física que se dedica a estudar fenômenos originados a partir do fluxo de cargas elétricas, 
como eletrocinética, eletrostática, e eletromagnetismo. Como exemplos desses fenômenos podemos citar a eletricidade 
estática, relâmpagos, corrente elétrica, entre outros. Geralmente a eletricidade física pode se referir a uma variedade 
grande de fenômenos. Popularmente pode ser conhecida apenas como energia elétrica, uma vez que esse termo é comum 
a toda população, porém quando falamos em eletricidade básica é necessário cuidado, pois no campo científico existem 
vários significados diferentes, como: cargas elétricas; campo elétrico; potencial elétrico; corrente elétrica; energia elétrica, 
eletromagnetismo, que podem estar relacionados à eletricidade. 
O Sistema Internacional (SI) também define as unidades de medida para essas grandezas elétricas, que são: 
Tensão = Volts (V) 
Corrente = Ampere (A) 
Potência = Watt (W) 
Carga = Coulomb (C) 
 
 
Potência Elétrica – Watt/Watts – W 
O que é potência elétrica? 
A definição de potência elétrica basicamente é a velocidade com que o equipamento converte a energia elétrica 
em trabalho. Caso você não saiba, o watt (W) é a unidade de potência no sistema internacional de medidas. 
Nos equipamentos elétricos, a potência indica qual a quantidade de energia elétrica que é transformada em outro tipo de 
energia por unidade de tempo. O micro-ondas por exemplo, precisa de uma determinada quantidade de watts (potência), 
para gerar o trabalho, que no caso deste equipamento é o aquecimento. 
Existem muitas propagandas sobre produtos eletrônicos nas quais é destacada a potência desses equipamentos. 
Bons exemplos são os aparelhos de som, os chuveiros e lavadoras que sempre apresentam em destaque sua potência de 
trabalho. Esses aparelhos necessitam de energia elétrica para funcionar e, ao receberem essa energia elétrica, 
transformam-na em outra forma de energia. No caso do chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em 
energia térmica, nas lâmpadas a energia é transformada em luz, e assim por diante. Quanto mais energia for transformada 
em um menor intervalo de tempo, maior será a potência do aparelho. Dessa forma temos que a potência elétrica é a razão 
entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação. Na utilização de uma lâmpada você 
pode observar que ele esquenta durante seu funcionamento. Esse aquecimento é chamado de efeito Joule e ocorre por 
causa das colisões entre os elétrons. A energia que é drenada nesse aquecimento é chamada de energia dissipada. A 
potência é o produto da tensão pela corrente. Sua unidade de medida é o volt-ampère (VA) e a grandeza é representada 
pela letra P. Essa potência é também chamada de potência aparente. A potência aparente é composta por duas parcelas: 
a potência ativa e a potência reativa. Pode-se fazer uma analogia das potências com um copo de cerveja onde a parte 
líquida representa a potência ativa, ou seja, é aquela efetivamente consumida, e a espuma representa a potência reativa, 
parte necessária para manter a temperatura da parte líquida. A potência ativa é aquela efetivamente transformada em 
potência mecânica, potência térmica e potência luminosa. Sua unidade de medida é o watt (W). A soma entre potência 
ativa e reativa gera a potência aparente, medida em kilovolt amperes (VA), também chamada fator de potência ou energia 
total. É esta medida que pode indicar se a energia consumida é o suficiente para um ou outro abastecimento elétrico, 
assim como apontar onde há a necessidade de melhoria no fornecimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tensão Elétrica – Volt/Volts – V 
O que é tensão elétrica? 
A tensão elétrica é caracterizada como uma diferença entre o potencial elétrico de dois pontos. Resumidamente, 
podemos dizer que a tensão elétrica é a força necessária para movimentar os elétrons, criando uma corrente elétrica. 
Saiba que a diferença de potencial pode representar uma fonte de energia (força eletromotriz). E também pode 
representar uma perda de energia ou armazenamento (queda de tensão). 
Tensão continua – Quer dizer que ela não muda de polaridade no tempo. A pilha é um grande exemplo de funcionamento 
com tensão contínua, porque a polaridade da pilha sempre será a mesma no decorrer do tempo. 
Tensão alternada – No caso da tensão alternada, a polaridade vai ser alternada de acordo com a frequência. Na 
tomada, a frequência normal é de 60Hz, então significa que a polaridade desta tensão alterna 60 vezes por segundo. 
Grandezas elétricas: Unidades de medida 
 
A tensão elétrica é a diferença do potencial elétrico gerada entre dois pontos quaisquer. Essa diferença é 
responsável por colocar em movimento ordenado as cargas elétricas livres do meio condutor. O conceito de tensão 
elétrica pode ser exemplificado fazendo analogia com um reservatório de água. O reservatório de água encontra-se em 
um ponto muito mais alto do que o ponto onde está o homem. Quanto mais alto estiver o reservatório, maior será a força 
com a qual a água irá fluir em direção ao homem. O potencial elétrico funciona do mesmo modo. O reservatório seria o 
ponto onde haveria a maior concentração de elétrons, e o ponto onde o homem está seria onde há menor concentração 
de elétrons. Quanto maior for essa diferença de elétrons entre os dois pontos, maior será a diferença da potência. A 
tensão equivale à espessura do cano ou corrente. Ao aumentar a tensão (ou seja, alargar o cano) você pode fazer com 
que mais energia flua mantendo a mesma corrente e vice-versa. A tensão e a corrente podem ser usadas para calcular o 
consumo máximo de diferentes dispositivos quando ele não for informado. Por exemplo, usar a tensão nominal 220V 
permite que os fios que vão transportar a energia pela residência sejam de calibre menor, isto é, mais finos do que os 
usados para 127V,110V e 12V. A unidade de tensão elétrica é o volt (V) e a grandeza é representada pela letra V, em 
maiúsculo, para sinais contínuos e v, em minúsculo, para sinais alternados. 
 
 
Corrente elétrica 
O que é corrente elétrica? 
A corrente elétrica é caracterizada como o fluxo ordenado de cargas elétricas, ou seja, elas se movem de forma 
orientada. Ela é uma das grandezas fundamentais da Física, porque sem a corrente elétrica, nenhum aparelho elétrico ou 
eletrônico iria funcionar! 
A corrente elétrica é provocada pelo livre deslocamento de elétrons dentro de algum material, que dá origem a 
vários efeitos físicos, como o efeito Joule, que é calorífico e ocorre quando uma quantidade de elétrons se deslocam 
rapidamente em um resistor gerando calor, ou mesmo o efeito eletrólise, de natureza química ou a indução magnética 
(efeito magnético). Também pode ser transportada tanto em gases como líquidos, de forma alternada ou contínua em 
condições igualmente adequadas. A eletricidade está presente em muitas atividades do nosso dia a dia como, por 
exemplo, na iluminação, no aparelho de televisão, nos aparelhos de rádio, nos aparelhos de telefone, ou a geladeira que 
usamos para resfriar e manter os alimentos conservado. Não podemos esquecer também que ela alimenta o nosso 
computador, hoje tão presente e importante na realização de inúmeras tarefas, as quais sem eletricidade não poderíamos 
realizar. A eletricidade tem importância não só para o nosso bem-estar e lazer, mas também para o desenvolvimento das 
nossas atividades do dia a dia. O estudo sobre a elétrica básica aborda questões como o movimento da corrente elétrica 
através das diversas partes de um circuito, como impulsionam e de que modo a energia é convertida em calor, movimentoou luz. Continuando com a analogia do reservatório de água, podemos comparar a corrente elétrica com o fluxo de água 
que flui de um ponto ao outro. A corrente elétrica é o fluxo ordenado de elétrons em um meio que surge a partir de uma 
diferença de potencial elétrico. A intensidade da corrente elétrica depende diretamente do número de elétrons que 
passam por uma unidade de tempo através de uma região do condutor. Nos metais existe grande quantidade de elétrons 
livres em movimento desordenado. Quando se cria no interior de um movimento no corpo metálico, esses movimentos 
passam a ser ordenados no sentido oposto ao do campo elétrico, constituindo a Corrente Elétrica. A unidade de corrente 
elétrica é o ampère (A) e a grandeza é representada pela letra I, em maiúsculo, para sinais contínuos e i, em minúsculo, 
para sinais alternados. 
 
 
Corrente Contínua e Alternada 
O conceito de sinal envolve a observação e a medida de um fenômeno físico com o passar do tempo. Qualquer 
registro que se utilize de números pode facilmente se tornar um sinal, como exemplo o desempenho de uma máquina, a 
gravação de um som, a captura de uma imagem, entre outros. Um sinal é contínuo se seu valor e polaridade (positiva ou 
negativa) não variam no tempo, ou seja, em qualquer momento em que você observar esse sinal, ele apresentará o mesmo 
valor e polaridade. Exemplo: a tensão de uma bateria. 
 
Corrente Contínua e Alternada 
Corrente contínua e alternada: a bateria tem sinal contínuo 
Muitos equipamentos elétricos funcionam a partir de sinais contínuos, porém o sinal das tomadas residenciais é alternado. 
Para garantir seu funcionamento, os circuitos desses equipamentos utilizam componentes elétricos que convertem o sinal 
alternado em contínuo. Quando a fonte de tensão que alimenta o circuito elétrico é contínua, dizemos que o circuito 
opera em corrente contínua (CC). A principal desvantagem do sinal contínuo é que ele não pode ter seu nível elevado ou 
reduzido. Na transmissão de um sinal contínuo a longa distância, grande parte do sinal se perde durante o transporte (no 
condutor por efeito Joule) e não poderá ser recuperado. Já um sinal alternado é aquele muda de polaridade 
periodicamente e varia sua intensidade no tempo. Exemplo: o sinal alternado da tomada residencial de 110 V. 
 
Corrente Continua e Alternada Tomada 
Corrente contínua e alternada: tomada residencial tem sinal alternado 
A forma de onda alternada mais importante é a senoidal porque as concessionárias de energia utilizam essa forma 
para transmitir a energia gerada para os consumidores. Outros exemplos de forma de sinal alternado são: quadrada, 
triangular e dente de serra. A forma de onda senoidal é utilizada tanto para a geração quanto para a distribuição de energia 
elétrica porque permite que ela seja elevada ou reduzida por meio de transformador. Quando o circuito é alimentado por 
uma fonte de sinal alternado, diz-se que ele está em corrente alternada (CA). Os geradores de corrente alternada são 
construtivamente menos complexos que os geradores de corrente contínua. Isto é uma grande vantagem, pois reduz 
custos e cuidados com a manutenção. Já fitas e luminárias de led utilizam corrente contínua DC, por isso são equipamentos 
que necessitam do uso de equipamentos periféricos para fazer a conversão da tensão de rede 127V ou 220V em 12V e 
alterar de corrente alternada (Ac) para corrente contínua (DC). 
 
 
Carga 
O que é uma carga elétrica? Como surge o movimento das cargas? 
A carga elétrica é uma propriedade das partículas elementares que compõem o átomo, sendo que a carga do 
próton é positiva e a do elétron, negativa. A carga elétrica é uma propriedade das partículas elementares que compõem 
o átomo. 
Os elétrons livres são estimulados a se mover pelo condutor, gerando a corrente elétrica. Isso acontece por causa 
da diferença de potencial elétrico estabelecida entre as pontas do condutor. A carga elétrica é uma propriedade que está 
intimamente associada a certas partículas elementares que formam o átomo (prótons e elétrons). O modelo do sistema 
planetário é o modelo simples mais adotado para explicar como tais partículas se distribuem no átomo. De acordo com o 
modelo planetário, os prótons e nêutrons localizam-se no núcleo, já os elétrons estão em uma região denominada 
eletrosfera. Através de experiências foi possível mostrar que prótons e elétrons têm comportamentos elétricos opostos. 
Por isso, convencionou-se que há duas espécies de cargas elétricas: a positiva, que tem comportamento igual ao do 
próton; e a negativa, que se comporta como a carga elétrica do nêutron. 
Os nêutrons não apresentam a citada propriedade física, isto é, os nêutrons não possuem carga elétrica. No 
Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de carga elétrica é o coulomb (C). O próton e o elétron, em módulo, 
possuem a mesma quantidade de carga elétrica. O valor da carga do próton e do elétron é denominado quantidade de 
carga elementar (e) e possui o valor de: e=1,6 .10-19 C 
Como 1 C é uma quantidade de carga elétrica muito grande, é comum a utilização dos seus submúltiplos: 
1 mC (milicoulomb) = 10-3 C 1 μC (microcoulomb )= 10-6 C 1 nC (nanocoulomb) = 10-9 C 
A quantidade de carga elétrica total (Q) será sempre um múltiplo inteiro (n) vezes o valor da carga elementar (e). 
Essa quantidade de carga pode ser determinada através da seguinte expressão: Q=n . e 
Geralmente quando um corpo qualquer apresenta o número de prótons igual ao de elétrons dizemos que esse 
corpo está eletricamente neutro, ou seja, o corpo possui carga total igual a zero. Portanto, quando o corpo apresenta 
número de prótons diferente do número de elétrons, dizemos que o corpo se encontra eletrizado, ou seja, o corpo 
apresenta carga elétrica diferente de zero. Dessa forma, um corpo estará eletrizado quando perde ou recebe elétrons. 
 
 
Em todos os experimentos realizados até o momento, verifica-se que, em sistemas isolados, a quantidade de carga 
elétrica permanece constante. Essa lei é chamada de conservação da quantidade de carga elétrica. Portanto, podemos 
dizer que a carga elétrica não é criada e não se perde, ela apenas se transfere de um corpo para outro. 
A diferença de potencial elétrico de um condutor, é estabelecida a partir de um campo elétrico que atravessa aquele 
determinado material, formando níveis diferentes de energia potencial, resultando na tensão necessária para gerar o 
movimento das cargas elétricas. A carga elétrica é considerada uma propriedade física que tem a capacidade de 
determinar e estimular as interações de caráter eletromagnético, sendo assim, ela pode ser detectada, ainda que com 
uma certa dificuldade, em uma considerável quantidade em corpos e elementos ao nosso redor. 
 
 
Cafeteira Elétrica 
Uma máquina de café, chá ou café preparador, é um aparelho muito prático e muito uso em residências, cuja 
função é misturar água quente com café moído e depois passá-lo através de um filtro de modo que a bebida pode ser 
preparada em minutos, ser servido. Durante este processo exige que o presente aparelho é capaz de água de aquecimento 
e transportar perto do seu ponto de ebulição usando uma resistência eléctrica adere a um tubo de alumínio de pequena 
e uma placa de metal sobre a qual o recipiente assenta onde vertida a bebida já processada. O elemento tubular ou 
conduto de alumínio, tem a forma de um semicírculo ou ferradura e através disso flui a água proveniente do depósito de 
onde chega por gravidade. Quando a resistência esquentar, também o duto de alumínio e, portanto, a água dentro dele, 
cuja pressão aumenta e é forçada a fluir pelos dutos, depois cai em um recipiente em que anteriormente. O café moído 
foi colocado e tem um filtro muito fino. A água muito quente se mistura com o café e depois passa pelos minúsculos 
orifícios do filtro levando consigo parte do café dissolvido nele,para finalmente depositá-lo em outro recipiente 
normalmente de vidro temperado, de onde pode ser usado para consumo. Como funciona? Para simplificar um pouco a 
explicação de como o processo ocorre, vamos ver o seguinte esboço e as imagens internas de um fabricante de café e 
comentar sua operação: 
À esquerda do desenho anterior, temos o tanque de água fria da cafeteira. A partir daqui a água flui por gravidade, 
passando por uma mangueira de borracha, geralmente vermelha, que contém uma válvula que dá lugar à água em apenas 
uma 
direção. Neste caso, permite o fluxo de água do tanque para o conduto de alumínio que está na base do fabricante do 
café e que está aderido à resistência elétrica. No entanto, a dita válvula fecha hermeticamente quando a água tenta fluir 
na direção oposta, impedindo que ela retorne ao tanque. Quando a chave é fechada, a resistência elétrica é energizada 
com a corrente alternada de 120v passando pelo termostato e o circuito de fechamento dos fusíveis térmicos com o 
neutro após ter cruzado a resistência. Nestas circunstâncias, esta resistência começa a aquecer junto com o ducto de 
alumínio ao qual está presa. A medida que a água no duto de alumínio se aquece, sua pressão aumenta e, devido a isso, 
é forçada a procurar uma saída para o exterior. Uma vez que o líquido no duto de alumínio tenha aquecido e se aproximado 
de seu ponto de ebulição, (mais ou menos em um minuto) a pressão é tal que a água é expelida através de uma segunda 
mangueira de borracha e então ele direciona através do tubo de água quente para o orifício de saída para cair no recipiente 
contendo café moído. O aumento da pressão da água no duto de alumínio força a válvula do lado do tanque de água fria 
a fechar, de modo que o líquido não pode ser devolvido ao tanque e só pode fluir para o tanque onde o tanque está 
localizado. café sendo este seu único sentido de circulação. 
Finalmente a água que caiu no café moído, é misturada com ela e depois passa pelos orifícios finos do filtro, 
levando consigo a parte do café que se dissolveu nele, para então ser depositada em um recipiente que normalmente é 
de vidro temperado ou metal. Uma vez que a água total no tanque tenha sido aquecida e misturada com o café, a 
resistência que ainda está energizada mantém a bebida quente cujo recipiente repousa sobre uma base de metal que 
também é aderida à resistência de aquecimento. Nestas circunstâncias, o termostato é responsável por manter um nível 
de temperatura que não exceda a capacidade dos componentes elétricos do aparelho e que, ao mesmo tempo, a bebida 
permaneça quente. 
 
 
Diagrama elétrico básico de uma cafeteira: 
 
 
Esta imagem representa apenas o diagrama básico de interconexão de um preparador de café. Como podemos 
ver à esquerda, temos o conector do cabo de alimentação que nos permite conectar o dispositivo à rede da fonte de 
alimentação de 120v. Este cabo de alimentação tem dois condutores, sendo que um deles entra na fase e o outro se 
conecta ao neutro da rede elétrica. Então, quando se fechar o interruptor, a fase passa através dos contactos do 
termostato e, em seguida, os fusíveis térmicos em série, para lá de cabeça para um dos terminais do elemento de 
aquecimento, para o outro terminal do mesmo com que fecha o circuito com o neutro do cabo de alimentação. A luz 
piloto também acende quando o interruptor é fechado, para indicar que o dispositivo está ligado. 
 
 
Fontes: https://www.mundodaeletrica.com.br/grandezas-eletricas-o-que-sao-e-quais-sao/ 
https://www.significadosbr.com.br/eletricidade 
http://electroreparacioneslmc.blogspot.com/2017/11/estructura-funcionamiento-fallss-y.html