TEA_Aula_02_DEFINICOES_CONCEITOS_BASICOS

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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
Teoria de Eletricidade Aplicada
Definições e Conceitos Básicos sobre os Circuitos Elétricos
Prof. Jorge Cormane
Engenharia de Energia
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
SUMÁRIO
1. Introdução
2. Grandezas
3. Componentes
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
INTRODUÇÃO
A teoria dos circuitos trata dos efeitos da interligação de com-
ponentes e não os comportamentos dos componentes indivi-
duais
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
INTRODUÇÃO
Circuito Elétrico: conjunto de componentes elétricos ligados
entre si demodo a formar umcaminho fechado através do qual
pode circular uma corrente
−
+
v1
i1
−
+
v2
i2
+
−
v3
i3
− +v4
i4
− +v5
i5
−
+
v6
i6
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
GRANDEZAS DO CIRCUITO ELÉTRICO
As grandezas elétricas quepermitemaanálise dos circuitos elé-
tricos são listadas a seguir:
Ï Carga (q)
Ï Tensão (v)
Ï Corrente (i)
Ï Potência (p)
Ï Energia (w)
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
CARGA ELÉTRICA
(
q
)
Propriedade elétrica das partículas atómicas que compõem a
matéria
Ï Medida em Coulombs
Ï 1 Coulomb é a carga de 6,24×1018 elétrons
Ï Valores típicos na ordem µC, nC e pC
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
TENSÃO ELÉTRICA (v)
Energianecessáriaparamoverumaunidadedecargaentredois
pontos
v = dw
dq
[V ]
Ï Medida em Volt
Ï Os sinais positivo (+) e negativo (−) são usados para
definir a polaridade dos terminais
Ï Umamesma tesão poderá ser representada de forma
positiva ou negativa
+
−
v
−
+
−v
Definição alternativa: diferença de potencial entre dois
terminais de um circuito
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
CORRENTE ELÉTRICA
(
i
)
Taxa de variação da carga elétrica em relação ao tempo
i = dq
dt
[A]
Ï Medida em Ampère
Ï Amesma corrente poderá ser representada de forma
positiva ou negativa
i −i
Definição alternativa: quantidade de carga elétrica que
atravessa uma superfície de referência por unidade de tempo
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
POTÊNCIA ELÉTRICA
(
p
)
Taxa de utilização da energia (fornecida ou absorvida) por
unidade de tempo.
p = dw
dt
= dw
dq
dq
dt
= v · i [W ]
Ï Medida emWatt
Ï Potência absorvida (p ≥ 0) = potência fornecida (p ≤ 0)
+
−
v
i
−
+
−v
−i
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
ENERGIA ELÉTRICA (w)
Potência fornecida ou absorvida por um componente em um
intervalo de tempo.
w =
∫ t
t0
p dt [J ]
Ï Medida em Joules
Ï As concessionarias de energia medem a energia em quilo
watt-hora [kWh]
Ï 1Wh = 3600 J
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Exercícios Aula 2.01
Se p1 =−205W, p2 = 60W, p4 = 45W, p5 = 30W, calcule a
potência fornecida ou absorvida pelo terceiro elemento
p1
p2
p3
p4
p5
Resposta: Absorve 70W
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES DO CIRCUITO ELÉTRICO
Oscomponentesdoscircuitoselétricospodemser classificados
da forma a seguir:
Ï Ativos
Ï Fornecem energia
Ï Passivos
Ï Absorvem energia
Ï Controle e comando
Ï Permitem a operação do circuito
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES ATIVOS
Fontes Independentes
Gerador de tensão ou de
corrente que não depende de
outras variáveis do circuito
−
+
Fontes Dependentes
Gerador de tensão ou de
corrente que depende da
tensão ou corrente de outro
componente do circuito
−
+
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES ATIVOS
A tensão da fonte de tensão equivalente é igual à soma das ten-
sões das fontes de tensão ligadas em SÉRIE
− +
va
− +
vb
− +
va+vb
− +
va
−+
vb
− +
va−vb
A soma das tensões das fontes de TENSÃO ligadas em
PARALELO é IMPOSSÍVEL
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COMPONENTES ATIVOS
A corrente da fonte de corrente equivalente é igual à soma das
correntes das fontes de corrente ligadas em PARALELO
ia ib
ia+ ib
ia
ib
ia− ib
A soma das correntes das fontes de CORRENTE ligadas em
SÉRIE é IMPOSSÍVEL
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES PASSIVOS - RESISTOR
A função do resistor consiste em se opor à passagem de cor-
rente elétrica
R
+
−
v
i Relação Tensão-Corrente é
chamada Lei de Ohm
v =Ri
Ï Se R = 0, temos o que é chamado de curto circuito (v = 0)
Ï Se R =∞, temos o que é chamado de circuito aberto (i = 0)
A unidade de resistência é chamada de Ohm (Ω)
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COMPONENTES PASSIVOS - RESISTOR
Ï Potência instantânea
p =Ri2 = v
2
R
Ï Condutância (G) é a propriedade que representa quanto
um elemento conduz corrente elétrica
G = 1
R
A unidade de condutância é chamada deMho (f), outra
unidade bastante utilizada é o siemens (S)
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COMPONENTES PASSIVOS - RESISTOR
Associação de resistores em SÉRIE
R1 R2 Rn
Req =R1+R2+·· ·+RN =
N∑
n=1
Rn
Associação de resistores em PARALELO
R1 R2 Rn
1
Req
= 1
R1
+ 1
R2
+·· ·+ 1
RN
=
N∑
n=1
1
Rn
1
Req
=Geq
Geq =G1+G2+·· ·+GN =
N∑
n=1
Gn
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES PASSIVOS - RESISTOR
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES PASSIVOS - CAPACITOR
A função do capacitor consiste em armazenar energia na forma
de campo elétrico
C
+
−
v
i
Relação Tensão-Corrente
i =C dv
dt
Ï Em corrente contínua se comporta como um circuito
aberto
(
dv
dt = 0
)
.
Ï Se opõe àmudança brusca da tensão
(
dv
dt 6= 0
)
A unidade de Capacitância (C) é o Farad (F ). Os valores típicos
encontram-se na faixa dos pF , nF e µF
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES PASSIVOS - CAPACITOR
Ï Tensão instantânea entre as placas
v = 1
C
∫ t
t0
i dt +v(t0)
Ï Carga armazenada
q =Cv
Ï Potência instantânea
p =Cvdv
dt
Ï Energia armazenada
w = 1
2
Cv2 = 1
2C
q2
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COMPONENTES PASSIVOS - CAPACITOR
Associação de capacitores em SÉRIE
C1 C2 Cn 1
Ceq
= 1
C1
+ 1
C2
+·· ·+ 1
CN
=
N∑
n=1
1
Cn
Associação de capacitores em PARALELO
C1 C2 Cn Ceq =C1+C2+·· ·+CN =
N∑
n=1
Cn
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES PASSIVOS - CAPACITOR
Capacitor Ideal
Ï armazena energia, mas, não dissipa
Capacitor Real
Ï possui uma resistência de fuga em paralelo (v 100MΩ),
que pode ser desprezada namaioria das aplicações
práticas
C
Rfuga
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COMPONENTES PASSIVOS - CAPACITOR
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
Exercícios Aula 2.02
Determine tensão em cada capacitor
−+60V 20µF
+
−
v2 30µF
+
−
v4
60µF
− +
v3
40µF
− +
v1
Resposta: v1 = 30 V; v2 = 30 V; v3 = 10 V; v4 = 20 V.
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
Exercícios Aula 2.03
Considerando que a fonte forneça corrente ao circuito, de
acordo com o gráfico abaixo e que v(0) = 0, determine v(t ),
i1(t ) e i2(t ) no circuito.
t [s]
i [mA]
0
1 2 3 4 5
20
-20
i
6µF
i1
4µF
+
−
v4
i2
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COMPONENTES PASSIVOS - INDUTOR
A função do indutor consiste em armazenar energia na forma
de campomagnético
L
+
−
v
i Relação Tensão-Corrente
v = L di
dt
Ï Em corrente contínua se comporta como um curto
circuito
(
di
dt = 0
)
.
Ï Se opõe àmudança brusca da corrente
(
di
dt 6= 0
)
A unidade de Indutância (L) é o Henry (H ). Os valores típicos
encontram-se na faixa demH
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES PASSIVOS - INDUTOR
Ï Corrente instantânea através dos enrolamentos
i = 1
L
∫ t
t0
vdt + i(t0)
Ï Potência instantânea
p = Li di
dt
Ï Energia armazenada
w = 1
2
Li2
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COMPONENTES PASSIVOS - INDUTOR
Associação de indutores em SÉRIE
L1 L2 Ln
Leq = L1+L2+·· ·+LN =
N∑
n=1
Ln
Associação de indutores em PARALELO
L1 L2 Ln 1
Leq
= 1
L1
+ 1
L2
+·· ·+ 1
LN
=
N∑
n=1
1
Ln
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
COMPONENTES PASSIVOS - INDUTOR
Indutor Ideal
Ï armazena energia, mas, não dissipaIndutor Real
Ï possui uma resistência em série e uma capacitância em
paralelo muito pequenas, que podem ser desprezadas na
maioria das aplicações práticas, exceto em altas
frequências
Cw
L Rw
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COMPONENTES PASSIVOS - INDUTOR
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Introdução Grandezas Componentes Dúvidas
Exercícios Aula 2.04
Para o circuito, em regime estacionário CC, calcule o valor de
R que fará com que a energia armazenada no capacitor seja a
mesma que a energia armazenada no indutor
5A
2Ω 4mH
160µ
R
Resposta: 5Ω
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COMPONENTES DE CONTROLE E COMANDO - CHAVES
Na análise de circuitos são consideradas unicamente chaves
ideais, as quais têm apenas dois estados (aberto e Fechado).
Chave normalmente aberta
(NA)
Se comporta como um circuito
aberto (i = 0)
Chave normalmente
fechada (NF)
Se comporta como um curto
circuito (i 6= 0)
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DÚVIDAS?
	Introdução
	Introdução
	Grandezas
	Grandezas
	Componentes
	Componentes
	Dúvidas