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CONVERSÃO ELETROMECANICA DE ENERGIA
PRÉ AULA 3
ELEMENTOS ELÉTRICOS:
O resistor:
É um dispositivo elétrico muito utilizado
em eletrônica, ora com a finalidade de
transformar energia elétrica em energia
térmica por meio do efeito joule, ora
com a finalidade de limitar a corrente
elétrica em um circuito.
Primeira lei de Ohm - afirma que, para um condutor mantido
à temperatura constante, a razão entre a tensão entre dois
pontos e a corrente elétrica é constante.
Essa constante é denominada de resistência elétrica.
Primeira lei de Ohm  V=R.I ou R=V/I
Onde:
V é a tensão elétrica aplicada ao resistor (V - Volts)
I é a corrente que circula pelo resistor (I - Ampere)
R é a resistência do resistor ( – Ohm)
Segunda Lei de Ohm - diz que a resistência elétrica de um
condutor homogêneo e de seção transversal constante é
proporcional ao seu comprimento l, inversamente proporcional à
sua área transversal A e depende da temperatura e do material
de que é feito o condutor:
Segunda Lei de Ohm R=l/A
A grandeza  chama-se resistividade elétrica e é característica do material e da
temperatura. Sua unidade de medida é o ohm-metro ( m). Ela é inversamente proporcional
condutividade elétrica (=1/) .
Potencia elétrica - em corrente contínua quando há aplicação de tensão e circulação de
corrente em um elemento há dissipação de potência, esta potência pode ser calculada pela
formula:
P = V.I Onde:
P = potência dissipada em Watt (W)
V é a tensão elétrica aplicada em Volt (V)
I é a corrente que circula em Ampere (A)
mas como V=R.I temos também:
P = V2/R e P = R.I2
Para se calcular os valores de tensão (V) e corrente (I) em circuitos elétricos muitas vezes
é necessário calcular a resistência equivalente do circuito, para isso é necessário saber como os
resistores estão associados:
O capacitor:
Capacitor é um componente que
armazena energia num campo elétrico,
acumulando um desequilíbrio interno de carga
elétrica, contando, portanto um certo valor de
capacitancia.
RIGIDEZ DIELÉTRICA
A rigidez dielétrica de um certo material é um valor limite de campo elétrico aplicado sobre a
espessura do material (kV/cm), sendo que, a partir deste valor, os átomos que compõem o
material se ionizam e o material dielétrico deixa de funcionar como um isolante.
Abaixo tabela com rigidez dielétrica e permissividade relativa (εr) de alguns materiais:
Correntes de fuga - Os dielétricos não são perfeitos, na prática os encapsulamentos dos
capacitores também não tem isolamento perfeito, os componentes estando sujeitos a
contaminações como poeira e umidade, assim é possível que ocorra uma fuga de corrente o que
diminua as características ideais dos capacitores:
C = capacitor
Rpd = resistência parasita do dielétrico
Rpc = resistência parasita da carcaça
Rp = Rpd//Rpc
Ip = VC/Rp
Onde:
Ip = corrente parasita do capacitor.
Capacitâncias Parasitas – todo condutor elétrico isolado tem como uma das características a
capacitância muitas vezes estas capacitâncias são indesejáveis em alguns circuitos
especialmente quando se trata de circuitos eletrônicos onde as energias e sinais são pequenos,
campos elétricos externos podem gerar ruídos nocivos ao bom funcionamento do circuito.
Estas capacitâncias são conhecidas como capacitâncias parasitas.
CSP, CSR, CRF e CB  capacitâncias parasitas em um motor elétrico.
TIPOS E CARACTERISTICAS DE CAPACITORES:
Os capacitores são basicamente definidos por seus tipos, capacitância, dielétrico e tensão
de isolamento.
Capacitores podem ser relacionados por tipos:
 Capacitores variáveis e ajustáveis;
Utilizados normalmente em circuito de rádio frequência (RF) vão de alguns pF a algumas
centenas de pF, com tensão de isolamento em torno de 50V, podem ter tensões maiores quando
utilizados em circuitos valvulados (50 a 500V);
 Capacitores fixos usados em eletrônica
Basicamente existe dois grandes grupos de capacitores utilizados em eletrônica,
Capacitores de dielétrico sólido como, poliestireno, poliéster, polipropileno, cerâmica,
porcelana, mica, papel e óleo, seus valores podem varia de 0,5 pF a 4,7 F com tensões de 25 a
1200V:
Capacitores onde o dielétrico é composto por um oxido metálico (de alumínio ou tântalo) ,
seus valores podem varia de 1 F a 20.000F com tensões de 5 a 500V, normalmente
conhecido como capacitor eletrolítico:
Capacitores eletrolíticos: Capacitores eletrolíticos de tântalo:
Capacitores de partida para motores elétricos:
São capacitores utilizados na partida de motores monofásicos tem capacitâncias de 10 a
500F e tensão de operação de 200 a 650V.
Capacitores para correção de fator de potência:
São usados para correção de fator de potência ou cosseno , podem ser para baixa tensão
na faixa de 220 a 650V ou atuar em nédia tensão até algumas dezenas de quilovolts (kV),
também trazem a capacidade de geração de energia reativa kVAR (quilo volt-ampere reativo).
Capacitores para correção de fator de potência de baixa tensão:
Capacitores para correção de fator de potência de média tensão:
ENERGIA ARMAZENADA EM CAPACITORES
A equação da energia total armazenada no condensador pode ser escrita assim:
Uc = ½ CV2
Onde:
Uc = energia armazenada no capacitor em Joule (J)
C = Capacitancia em Farad (F)
V = tensão aplicada ao capacitor em Volt (V)
Associação de capacitores
Um sistema de capacitores pode ser substituído por um único capacitor equivalente. Nos
casos em que os capacitores estejam ligados em série ou em paralelo, é fácil calcular a
capacidade que deverá ter o capacitor equivalente.
A figura abaixo mostra dois capacitores ligados em série, entre os pontos A e B. Se os
capacitores estiverem inicialmente descarregados, no momento em que for introduzida uma
diferença de potencial entre os pontos A e B, circulará uma carga que entra pelo ponto a maior
potencial (A na figura) e sai pelo ponto a menor potencial. Na região central, que liga as duas
armaduras comuns dos dois capacitores , são induzidas cargas e (a carga total nessa
região é nula). Assim, a carga armazenada em cada um dos capacitores é a mesma.
Capacitores Ligados em Série
Assim, o sistema é equivalente a um único capacitor com capacidade que verifica a equação:
Capacitores Ligados em Paralelo
CP = C1 + C2
O INDUTOR
Um indutor é um dispositivo elétrico passivo
que armazena energia na forma de campo magnético,
normalmente combinando o efeito de várias espiras
percorridas pela corrente elétrica.
Um indutor é geralmente construído como
uma bobina de material condutor, por exemplo, fio
de cobre.
Um núcleo de material ferromagnético aumenta a indutância concentrando as linhas de força de
campo magnético que fluem pelo interior das espiras.
Indutância é a grandeza física associada aos indutores, é simbolizada pela letra L, medida
em henry (H), e representada graficamente por um fio helicoidal. Em outras palavras é um
parâmetro dos circuitos lineares que relaciona a tensão induzida por um campo
magnético variável à corrente responsável pelo campo. A tensão entre os terminais de um indutor
é proporcional à taxa de variação da corrente que o atravessa. Matematicamente temos:
onde:
u(t) é a tensão instantânea -> sua unidade de medida é o volt (V)
L é a indutância -> sua unidade de medida é o Henry (H)
i(t) é a corrente instantânea -> sua unidade de medida é o ampere (A)
t é o tempo (s)
A energia (medida em joules, no SI) armazenada num indutor é igual à quantidade de
trabalho necessária para estabelecer o fluxo de corrente através do indutor e, consequentemente,
o campo magnético. É dada por:
UL = ½ Li2
onde i é a corrente que circula pelo indutor
A reatância indutiva é definida por:
onde XL é a reatância indutiva medida em Ohms (medida de resistência),
ω é a frequência angular, f é a frequência em hertz, e L é a indutância.
A reatância indutiva é o componente positivo imaginário da impedância.
A impedância complexa de um indutor é dada por:
onde j é a unidade imaginária.
Associação de indutores
Cada indutor de uma configuração em paralelo possuia mesma diferença de
potencial (tensão) que os demais. Para encontrar a indutância equivalente total (Leq):
Ou
Leq// = L1 x L2 /(L1 + L2) para 2 indutores.
A corrente através de indutores em série permanece a mesma, mas a tensão de cada
indutor pode ser diferente. A soma das diferenças de potencial é igual à tensão total. Para
encontrar a indutância total:
Leqs = L1 + L2 + .....+ Ln
Os indutores tem uma larga quantidade de modelos, com indutancia vairando desde alguns
mili Henrys até centenas de Henrys dependendo da utilidade:
Indutores pequenos usados em em circuitos eletrônicos: