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ELETROTÉCNICA MEDIDAS ELÉTRICAS ELETROTÉCNICA MEDIDAS ELÉTRICAS APRESENTAÇÃO ..................................................................................................................... BOAS VINDAS ............................................................................................................................. INFORMAÇÕES INTRODUTÓRIAS .......................................................................... Organização curricular ............................................................................................. Sistema de tutoria ......................................................................................................... Sistema de avaliação .................................................................................................. VOCÊ E OS ESTUDOS À DISTÂNCIA ................................................................... Organizando os estudos ......................................................................................... Conhecendo o ambiente virtual de aprendizagem .......................... NATUREZA ELÉTRICA DA MATÉRIA .................................................................. COMO A ENERGIA ELÉTRICA É TRANSMITIDA NO BRASIL ............ ELETRICIDADE .......................................................................................................................... GRANDEZAS FÍSICAS ....................................................................................................... TIPOS DE GRANDEZAS ................................................................................................ A LEI DE OHM .............................................................................................................................. LEI DE KIRCHHOFF .......................................................................................................... SUMÁRIO 04 05 06 06 06 06 07 07 08 09 11 13 16 17 26 28 A Escola Técnica Nossa Senhora Aparecida com o intuito de se tornar referência em ensino técnico no Brasil, lança cursos técnicos em diversos eixos, de forma a atender uma demanda regional e estadual. Por meio de um trabalho diferenciado o estudante é instigado ao seu autodesenvolvimento, aliando a pesquisa e a prática. Essa competência e boa formação são os requisitos necessários para quem deseja estar preparado para enfrentar os desafios do mercado profissional. A escolha de um curso que aproxime teoria e prática e permita a realização de experiências contribui de maneira decisiva para a formação de um profissional comprometido com a qualidade e a inovação. Ciente dessa importância a escola técnica Nossa Senhora Aparecida reuniu profissionais especialistas das áreas fins dos cursos propostos para fornecer cursos técnicos de qualidade para a comunidade da região. Como escola de desenvolvimento tecnológico, na área de educação, através de um trabalho sério, realizado nos últimos anos no campo da educação básica, fortalece e amplia o seu programa de cursos, instituindo, em Goiás cursos técnicos de educação profissional. Os cursos da Escola Técnica Nossa Senhora Aparecida são oferecidos na modalidade semipresencial, utilizando-se da plataforma Moodle ou Material Apostilado, mediado por professores formadores/tutores renomados. Além dos momentos presenciais, serão oferecidos no ambiente virtual: fórum de apresentação, fórum de noticias, slide com conteúdos pertinentes ao curso em questão, links de reportagens direcionadas, sistematização da aprendizagem. APRESENTAÇÃO Bem vindo à Escola Técnica Nossa Senhora Aparecida! Prezado (a) Cursista, Que bom tê-lo (a) conosco! Ao ter escolhido estudar na modalidade à distância, por meio de um ambiente virtual de aprendizagem, você optou por uma forma de aprender que requer habilidades e competências específicas por parte dos professores e estudantes. Em nossos cursos à distância, é você quem organiza a forma e o tempo de seus estudos, ou seja, é você o agente da sua aprendizagem. Estudar e aprender a distância exigirá disciplina. Recomendamos que antes de acessar o espaço virtual de aprendizagem, faça uma leitura cuidadosa de todas as orientações para realização das atividades. É importante que, ao iniciar o curso, você tenha uma compreensão clara de como será estruturada sua aprendizagem. Uma orientação importante é que você crie uma conta de e-mail específica para receber informações do curso, seus exercícios corrigidos, comunicados e avisos. É de responsabilidade do estudante verificar também sua caixa de spam-lixo para ter acesso a todas as informações enviadas. Desejamos um ótimo curso. BOAS VINDAS ORGANIZAÇÃO CURRICULAR Cada curso possui matriz curricular própria dividida em módulos de ensino semanais. O cronograma e planejamento de cada curso são modulados conforme as disposições dos professores e as atualizações dos conteúdos. Os cursos têm apostilas de conteúdo para cada componente curricular, elaboradas por profissionais de referência em Goiás. Os certificados serão emitidos pela Escola Nossa Senhora Aparecida até 90 dias após o termino do curso, tendo em vista o trabalho de fechamento das notas e avaliação do curso. SISTEMA DE TUTORIA O tutor será o profissional que estará mais próximo de você durante o período do curso, passando todos os comunicados e avisos, cobrando a entrega das atividades. Conte com o tutor da sua turma para tirar suas dúvidas sejam elas do ambiente virtual, conteúdo do curso ou dúvida e questionamentos sobre os exercícios. SISTEMA DE AVALIAÇÃO A avaliação será obtida através da participação e da avaliação do nível de conhecimento que o estudante demonstrar em chats, fóruns e exercícios. Ao término do curso será informado para os estudantes de forma individualizada sobre sua aprovação e desempenho no curso. INFORMAÇÕES INTRODUTÓRIAS ORGANIZANDO OS ESTUDOS O estudo por meio de um ambiente virtual de aprendizagem não é mais difícil e nem mais fácil do que num ambiente presencial. É apenas diferente. O estudo à distância exige muita disciplina. As orientações a seguir irão auxiliá-lo a criar hábitos de estudo. • Elabore um horário semanal, considerando a carga horária do curso. Nesse plano, você deve prever o tempo a ser dedicado: • à leitura do conteúdo das aulas, incluindo seus links para leituras complementares, sites externos, glossário e referências bibliográficas; • à realização das atividades ao final de cada semana; • à participação nos chats; • à participação nos fóruns de discussão; • ao processo de interação com o professor e/ou com o tutor; • ao processo de interação com seus colegas de curso, por mensagem ou por chat. Uma vez iniciados os seus estudos, faça o possível para manter um ritmo constante, procurando seguir o plano previamente elaborado. Na educação à distância, é você, que deve gerenciar o seu processo de aprendizagem. Procure manter uma comunicação constante com seu tutor, com o intuito de tirar dúvidas sobre o conteúdo e/ou curso e trocar informações, experiências e outras questões pertinentes. Explore ao máximo as ferramentas de comunicação disponíveis (mensageiro, fórum de discussão, chat). É imprescindível sua participação nas atividades presenciais obrigatórias (aulas),elas são parte obrigatória para finalização do curso. VOCÊ E OS ESTUDOS À DISTÂNCIA 8 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS CONHECENDO O AMBIENTE VIRTUAL DE APRENDIZAGEM No ambiente virtual de aprendizagem também necessitamos de uma organização para que ocorram os processos de ensino, de aprendizagem e principalmente a interação entre professor/tutor e estudantes. O ambiente virtual de aprendizagem da Escola Nossa Senhora Aparecida é o Moodle. Em sua sala de aula, você encontrará espaços de comunicação e interação: quadro de notícias,atividades recentes, informações sobre o professor e sobre seus colegas de turma, calendário, recurso para o envio da sistematização ao seu tutor e ferramentas de comunicação. Sucesso no seu Curso! Segundo a visão atomista do universo, todos os corpos são constituídos por partículas elementares que formam átomos. Estes, por sua vez, se enlaçam entre si para dar lugar às moléculas de cada substância. As partículas elementares são o próton e o nêutron, contidos no núcleo, e o elétron, que gira ao seu redor e descreve trajetórias conhecidas como órbitas. A carga total do átomo é nula, ou seja, as cargas positiva e negativa se compensam porque o átomo possui o mesmo número de prótons e elétrons - partículas com a mesma carga, mas de sinais contrários. Os nêutrons não possuem carga elétrica. Quando um elétron consegue vencer a força de atração do núcleo, abandona o átomo, que fi ca, então, carregado positivamente. Livre, o elétron circula pelo material ou entra na confi guração de outro átomo, o qual adquire uma carga global negativa. Os átomos que apresentam esse desequilíbrio de carga se denominam íons e se encontram em manifestações elétricas da matéria, como a eletrólise, que é a decomposição das substâncias por ação da corrente elétrica. A maior parte dos efeitos de condução elétrica, porém, se deve à circulação de elétrons livres no interior dos corpos. Os prótons difi cilmente vencem as forças de coesão nucleares e, por isso, raras vezes provocam fenômenos de natureza elétrica fora dos átomos. De maneira geral, diante da energia elétrica, as substâncias se comportam como condutoras ou isolantes, conforme transmitam ou não essa energia. Os corpos condutores se constituem de átomos que perdem com facilidade seus elétrons externos, enquanto as substâncias isolantes possuem estruturas atômicas mais fi xas, o que impede que as correntes elétricas as utilizem como veículos de transmissão. Os metais sólidos constituem o mais claro exemplo de materiais condutores. Os elétrons livres dos condutores metálicos se movem NATUREZA ELÉTRICA DA MATÉRIA 10 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS através dos interstícios das redes cristalinas e assemelham-se a uma nuvem. Se o metal se encontra isolado e carregado eletricamente, seus elétrons se distribuem de maneira uniforme sobre a superfície, de forma que os efeitos elétricos se anulam no interior do sólido. Um material condutor se descarrega imediatamente ao ser colocado em contato com a terra. A eletrização de certos materiais, como o âmbar ou o vidro, se deve a sua capacidade isolante pois, com o atrito, perdem elétrons que não são facilmente substituíveis por aqueles que provêm de outros átomos. Por isso, esses materiais conservam a eletrização por um período de tempo tão mais longo quanto menor for sua capacidade de ceder elétrons. http://www.coladaweb.com/fisica/eletricidade/natureza-eletrica- da-materia As usinas de energia elétrica são, geralmente, construídas longe dos centros consumidores (cidades e indústrias) e é por isso que a eletricidade produzida pelos geradores tem de viajar por longas distâncias, em um complexo sistema de transmissão. Ao sair dos geradores, a eletricidade começa a ser transportada através de cabos aéreos, revestidos por camadas isolantes e fixados em grandes torres de metal. Chamamos esse conjunto de cabos e torres de rede de transmissão. Outros elementos importantes das redes de transmissão são os isolantes de vidro ou porcelana, que sustentam os cabos e impedem descargas elétricas durante o trajeto. No caminho, a eletricidade passa por diversas subestações, onde aparelhos transformadores aumentam ou diminuem sua voltagem, alterando o que chamamos de tensão elétrica. No início do percurso, os transformadores elevam a tensão, evitando a perda excessiva de energia. Quando a eletricidade chega perto dos centros de consumo, as subestações diminuem a tensão elétrica, para que ela possa chegar às residências, empresas e indústrias. A partir daí, os cabos prosseguem por via aérea ou subterrânea, formando as redes de distribuição. Depois de percorrer o longo caminho entre as usinas e os centros consumidores nas redes de transmissão, a energia elétrica chega em subestações que abaixam a sua tensão, para que possa ser iniciado oprocesso de distribuição. Entretanto, apesar de mais baixa, a tensão ainda não é adequada para o consumo imediato e, por isso, transformadores menores são instalados nos postes de rua. Eles reduzem ainda mais a voltagem da energia que vai diretamente para as residências, o comércio, as empresas e indústrias. As empresas responsáveis pela distribuição também instalam em cada local de consumo um pequeno aparelho que consegue medir a COMO A ENERGIA ELÉTRICA É TRANSMITIDA NO BRASIL 12 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS quantidade de energia por eles utilizada. A medição é feita por hora e chamamos de horário de pico o momento em que uma localidade utiliza maior quantidade de energia elétrica. Nos centros urbanos, o horário de pico se dá por volta das 18 horas, quando escurece e, normalmente, as pessoas chegam do trabalho acendendo as luzes, ligando os condicionadores de ar e a televisão e tomando banho com a água aquecida por chuveiros elétricos. Podemos observar que o consumo de eletricidade varia de acordo com a estação do ano e com a região do país, dependendo do nível de luminosidade e do clima, entre outros fatores. Sistema Interligado Nacional (SIN) O sistema de transmissão brasileiro, considerado o maior do mundo, é controlado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), que conta com a participação de empresas de todo o país, trabalhando de forma interligada. A Eletrobras possui mais da metade das linhas de transmissão do Brasil e tem participado ativamente da expansão do Sistema Interligado Nacional (SIN). O SIN, formado basicamente por empresas de geração, transmissão e distribuição do país, permite o intercâmbio de energia elétrica entre as diversas regiões brasileiras. Isso significa que a eletricidade que chega até a sua casa pode ter viajado centenas ou milhares de quilômetros em linhas de transmissão. Além disso, pode ter sido gerada por diferentes usinas ao longo do ano. Apesar de o SIN abastecer a maior parte do país, alguns sistemas menores e isolados também são utilizados, principalmente nas regiões Norte e Nordeste. Os sistemas isolados geram a energia que vai ser consumida apenas em uma determinada localidade ou até mesmo por uma só indústria. http://www.eletrobras.com/elb/natrilhadaenergia/energia- eletricamain.asp?View=%7B05778C21-A140-415D-A91F- 1757B393FF92%7D A eletricidade é um termo geral que abrange uma variedade de fenômenos resultantes da presença e do fl uxo de carga elétrica. Esses incluem muitos fenômenos facilmente reconhecíveis, tais como relâmpagos, eletricidade estática, e correntes elétricas em fi os elétricos. Além disso, a eletricidade engloba conceitos menos conhecidos, como o campo eletromagnético e indução eletromagnética. A palavra deriva do termo em neolatim “ēlectricus”, que por sua vez deriva do latim clássico “electrum”, “amante do âmbar”, termo esse cunhado a partir do termo grego (elétrons) no ano de 1600 e traduzido para o português como âmbar. O termo remonta às primeiras observações mais atentas sobre o assunto, feitas esfregando-se pedaços de âmbar e pele. No uso geral, a palavra “eletricidade” se refere de forma igualmente satisfatória a uma série de efeitos físicos. Em um contexto científi co, no entanto, o termo é muito geral para ser empregado de forma única, e conceitos distintos contudo a ele diretamente relacionados são usualmente melhor identifi cados por termos ou expressões específi cos. Alguns conceitos importantes com nomenclatura específi ca que dizem respeito à eletricidade são: Carga elétrica: propriedade das partículas subatômicas que determina as interações eletromagnéticasdessas. Matéria eletricamente carregada produz, e é infl uenciada por, campos eletromagnéticos. Unidade SI (Sistema Internacional de Unidades): ampère segundo (A.s), unidade também denominada coulomb (C). Campo elétrico: efeito produzido por uma carga no espaço que a contém, o qual pode exercer força sobre outras partículas carregadas. ELETRICIDADE 14 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS Unidade SI: volt por metro (V/m); ou newton por coulomb (N/C), ambas equivalentes. Potencial elétrico: capacidade de uma carga elétrica de realizar trabalho ao alterar sua posição. A quantidade de energia potencial elétrica armazenada em cada unidade de carga em dada posição. Unidade SI: volt (V); o mesmo que joule por coulomb (J/C). Corrente elétrica: quantidade de carga que ultrapassa determinada secção por unidade de tempo. Unidade SI: ampère (A); o mesmo que coulomb por segundo (C/s). Potência elétrica: quantidade de energia elétrica convertida por unidade de tempo. Unidade SI: watt (W); o mesmo que joules por segundo (J/s). Energia elétrica: energia armazenada ou distribuída na forma elétrica. Unidade SI: a mesma da energia, o joule (J). Eletromagnetismo: interação fundamental entre o campo magnético e a carga elétrica, estática ou em movimento. O uso mais comum da palavra “eletricidade” atrela-se à sua acepção menos precisa, contudo. Refere-se a: Energia elétrica (referindo-se de forma menos precisa a uma quantidade de energia potencial elétrica ou, então, de forma mais precisa, à energia elétrica por unidade de tempo) que é fornecida comercialmente pelas distribuidoras de energia elétrica. Em um uso flexível contudo comum do termo, “eletricidade” pode referir-se à “fiação elétrica”, situação em que significa uma conexão física e em operação a uma estação de energia elétrica. Tal conexão garante o acesso do usuário de “eletricidade” ao campo elétrico presente na fiação elétrica, e, portanto, à energia elétrica distribuída por meio desse. Embora os primeiros avanços científicos na área remontem aos 15 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS séculos XVII e XVIII, os fenômenos elétricos têm sido estudados desde a antiguidade. Contudo, antes dos avanços científicos na área, as aplicações práticas para a eletricidade permaneceram muito limitadas, e tardaria até o final do século XIX para que os engenheiros fossem capazes de disponibilizá-la ao uso industrial e residencial, possibilitando assim seu uso generalizado. A rápida expansão da tecnologia elétrica nesse período transformou a indústria e a sociedade da época. A extraordinária versatilidade da eletricidade como fonte de energia levou a um conjunto quase ilimitado de aplicações, conjunto que em tempos modernos certamente inclui as aplicações nos setores de transportes, aquecimento, iluminação, comunicações e computação. A energia elétrica é a espinha dorsal da sociedade industrial moderna, e deverá permanecer assim no futuro tangível. http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade Em física, podem ser consideradas como grandezas ou quantidades somente as propriedades de um fenômeno, corpo (física) ou substância. É necessário que essas propriedades possam ser expressas quantitativamente: No caso das grandezas escalares: por meio de um número (sua magnitude) mais uma referência (sua unidade de medida); No caso das grandezas vetoriais: por meio de um número (sua magnitude), de uma referência (sua unidade de medida), de uma direção e de um sentido. A partir dessa definição podemos, por exemplo, dizer que o comprimento, a quantidade de matéria e a energia são grandeza físicas, enquanto as notas de uma prova, o preço de um objeto e a intensidade de um sentimento não são. Existem inúmeros tipos de grandezas físicas, cada qual associada a um diferente tipo de unidade de medida. Uma unidade de medida tem um tamanho unitário arbitrariamente definido, e é por meio de um processo de comparação quantitativa (medição) com esse padrão unitário que determina-se a magnitude de uma grandeza física. Isto é, quantas vezes o tamanho unitário está contido na medida que está sendo feita. Podem, também, existir diferentes unidades de medida para um mesmo tipo de grandeza física; usa-se corriqueiramente a polegada como medida de comprimento em favor do oficial metro. A união de determinadas unidades de medida dá origem a um sistema de medida. GRANDEZAS FÍSICAS Essa classificação por tipos de grandeza é de certa forma arbitrária. De forma geral grandezas são ditas de um mesmo tipo, quando são mutualmente comparáveis. Além disso é importante frisar que: Quantidades de diferentes dimensões são sempre de diferentes tipos; Exemplo - corrente elétrica e frequência têm dimensões diferentes e são, portanto, de diferentes tipos. Quantidades de mesmo tipo compartilham iguais dimensões; Exemplo - dentre as unidades do tipo comprimento podemos citar: o diâmetro, o perímetro e o comprimento de onda; Quantidades que apresentam mesmas dimensões nem sempre são classificadas como sendo do mesmo tipo. Exemplo 1 - as grandezas energia e torque compartilham as mesmas dimensões, mas não são tidas como de mesmo tipo. Devido a esse fato, é comum usar notações diferentes nesse caso. Exemplo 2 - as grandezas ângulo plano e ângulo sólido são ambas adimensionais (embora ambas sejam representadas, respectivamente, pelas unidades radiano e esfero radiano), mas não são do mesmo tipo. Equações de grandezas[editar | editar código-fonte] \vec{F} = m\vec{a} TIPOS DE GRANDEZAS 18 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS Equação de grandezas \vec{F} representa a força m representa a massa \vec{a} representa a aceleração Análise das dimensões Considere: m = 75 kg a = 10 m/s2 F = 750 N = 750 kg·m/s2 = m·a Assim: 1 N (= 1 newton) = 1 kg·m/s2 Quando representamos uma lei natural por meio equações matemáticas teremos uma equação de grandezas. Equações de grandezas são independentes da escolha de unidades. A validade de uma equação de grandezas é refutável por meio análise dimensional: se não temos em ambos os lados da equação as mesmas dimensões, ela é, portanto, falsa. A estrutura de algumas leis físicas pode ser alterada em decorrência da escolha de um determinado sistema de unidades (veja mais em Unidades naturais e Unidades de Planck). Magnitude Também conhecida como valor da grandeza, a magnitude, expressa a relação entre a quantidade que foi medida e o padrão unitário. Ela é, geralmente, um número real, mas isso não é regra. Existem grandezas cujas magnitudes podem ser de outros tipo como a impedância elétrica, representada por meio de números complexos. 19 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS As escalas das grandezas variam enormemente, por isso muitas vezes escrevem-se as magnitudes utilizando-se da notação científica. Daí o costume de referir-se à ordens de magnitude (ou ordens de grandeza). No SI é muito comum o uso de prefixos para simbolizar determinadas ordens de grandeza. Devido a enorme variabilidade dos padrões unitários das unidades de medida, a intuição para magnitudes naturalmente adquirida por um usuário de um determinado sistema de unidades costuma não ser equivalente a intuição adquirida pelo usuário de outro sistema. Esse motivo foi um dos principais entraves à popularização do sistema métrico. Existe um particular conjunto de grandezas cujas magnitudes são fixas, essas grandezas são chamadas de constantes físicas. Escalares, vetores, tensores A representação de grandezas físicas algumas vezes exige informações extras, além da magnitude (módulo) e da unidade de medida. Essas informações extras são as direções e os sentidos. Grandezas que precisam de direções e sentidos para que sejam bem determinadas são chamadas de Grandezas vetoriais (representadas por vetores) e Grandezas tensorias (representadas por tensores). Os vetores e tensores cujas componentes são grandezas físicas, são considerados grandezas físicas. Escalares Grandezas escalares são grandezasque necessitam do uma valor para o módulo e de uma unidade de medida para que fiquem bem definidos. Exemplos: densidade, pressão, área. 20 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS Vetores ou tensores de 1ª ordem Grandezas que, além de um módulo, seguido de uma unidade de medida, necessitam de direção e sentido. Exemplos: força, aceleração, velocidade. Existem ainda grandezas que são pseudo-vetores. Originam-se do produto vetorial. Exemplo: torque Tensores de ordem mais alta Tensores são conjuntos de vetores. De forma mais formal, tensores são a generalização dos conceitos de vetor, funcional linear, transformação linear, forma bilinear, e, de modo geral, aplicações n-lineares que levam n1 vetores a n2 vetores. Exemplo: tensor de inércia Operações aritméticas Verifica-se que um pequeno número de operações aritméticas são suficientes para descrever todos os fenômenos naturais conhecidos. As grandezas físicas, portanto, somente manterão seus sentidos físicos se transformadas por tais operações. Entretanto, mesmo limitando-se ao escopo dessas operações, há algumas regras que, se não forem seguidas, geram resultados sem sentido: 15\;\mathrm{s}-3\;\mathrm{m} 5\;\mathrm{m}+10\;\mathrm{kg} \log\left({299\,792\,458\,\frac{\rm m}{\rm s}}\right) \sin(5\;\mathrm{A}) 21 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS Operações sem sentido Diferenciação Adição e subtração só são possíveis entre as quantidades do mesmo tipo de tamanho. A dimensão e, assim, a unidade de medida permanecem inalteradas; os valores numéricos são somados. Exemplo: l_1 + l_2 = 2 \, \mathrm m + 3 \,\mathrm m = 5 \,\mathrm m No entanto, isso só funciona se as duas variáveis são medidos usando a mesma unidade. Se este não for o caso, todos os termos devem, antes da adição ou subtração, ser convertidos para a mesma unidade. Exemplo: l_1 + l_2 = 2 \, \mathrm {km} + 300 \,\mathrm m = 2000 \, \mathrm {m} + 300 \,\mathrm m = 2300 \,\mathrm m A multiplicação e a divisão são irrestritas. Os valores numéricos são multiplicados e o produto das unidades forma uma nova unidade, a menos que uma das grandezas seja adimensional. Para a divisão, o processo é análogo: os valores numéricos são divididos e forma- se uma razão entre as unidades. Ainda é importante frisar que, na divisão, o resultado pode ser adimensional. Exemplo: M = r \cdot F = 2 \,\mathrm m \cdot 3 \,\mathrm N = 6 \,\ mathrm N \, \mathrm m Exemplo: v = \frac s t = \frac{3 \, \mathrm m}{2 \, \mathrm s}= 1,5 \, \ frac{\mathrm m}{\mathrm s} Potenciação é, também, irrestrita, mas somente se gerarem expoentes dimensionais inteiros. Exemplo: V = a^3 = (2 \,\mathrm m)^3 = 8 \,\mathrm m^3 Exemplo: f = T^{-1} = (2 \, \mathrm s)^{-1} = 0,5 \, \mathrm s^{-1} 22 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS Deve-se tomar cuidado com conversões de unidades as quais tenham expoentes dimensionais diferentes de um: Exemplo: 1 \, \mathrm {km}^2 = (1 \, \mathrm {km})^2 = (1000 \mathrm m)^2 = 1000^2 \mathrm m^2 = 1 \, 000 \, 000 \, \mathrm m^2 . Funções transcendentais como \exp,\,\log,\,\sin,\,\cos,\,\tanh, etc são definidas apenas para números puros. Portanto, os argumentos dessas funções devem ser, somente, números adimensionais11 . O valor obtido através da operação é também um número adimensional. Exemplo: \mathrm{sin} \frac \pi 2 = 1 Os processos de diferenciação e integração são análogos, respectivamente, aos processos de divisão e multiplicação. Exemplo: v = \int_{t_1}^{t_2}a \cdot \mathrm d t= \int_0^{2 \,\ mathrm s} 3 \,\frac {\mathrm m}{{\mathrm s}^2} \cdot \mathrm d t = 6 \,\frac {\mathrm m}{\mathrm s} Exemplo: \frac{ds(t) \, \mathrm [m]}{dt \, \mathrm [s]}= \ v(t) \,[\ frac {\mathrm m}{\mathrm s}] \ b e g i n { a r r a y } { r l } \ f r a c { \ m a t h r m { W C T } } { ^ \ c i r c \ mathrm{C}}=13{ ,}12+0{,}6215\,\frac{T}{^\circ\mathrm{C}} -11{,}37\,(\frac{v}{\mathrm{km/h}})^{0,16}+0,3965\,\frac{T}{^\circ\ mathrm{C}}\,(\frac{v}{\mathrm{km/h}})^{0{,}16}\end{array} mit WCT – Sensação térmica (em graus Celsius) T – Temperatura do ar (em graus Celsius) v – Velocidade do vento (em quilômetros por hora) Equação envolvendo valores numéricos constantes para o cálculo da sensação térmica 23 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS Equações envolvendo valores numéricos[editar | editar código-fonte] Estas equações têm constantes que dependem da escolha de unidades e, portanto, só são úteis se as unidade são conhecidas. A substituição de valores nas variáveis em outras unidades pode, facilmente, conduzir a erros. Por isso, é aconselhável que sempre se realizem os cálculos com as unidades presentes em todos os passos e avalie-se a unidade do resultado. Fórmulas utilizadas em textos históricos, “regras de ouro” e fórmulas empíricas normalmente são dadas na forma de equações de valores numéricos. Em alguns casos, as unidades são dadas para o correto uso da equação. Nesses casos, geralmente, os símbolos das unidades são encontrados envolvidas por colchetes, tais como [m], em vez de m. Medidas e incertezas[editar | Ver artigo principal: Medida (física) Ver artigo principal: Incerteza de medição Sinteticamente podemos definir: Medidas: processos experimentais de obtenção de dados que caracterizam uma grandeza; Incertezas: parâmetros não negativos, relacionados com o processo de medida, que caracterizam a dispersão dos valores obtidos da mensuração de uma grandeza. Deve-se sempre ter em mente alguns fatos relevantes ao se fazer uma medida: Nenhuma medida tem precisão absoluta, sempre há incertezas; O processo de medição implica, necessariamente, interação com o 24 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS sistema de interesse. Não existem medidas sem interferências; Embora tenha essas limitações listadas acima, a medida é considerada a melhor estimativa do valor da grandeza medida. Entende-se ainda que todos os componentes de incerteza, incluindo aqueles provenientes de efeitos sistemáticos contribuem para a dispersão dos dados (valores medidos). Medidas devem ser expressas por meio do valor obtido para a quantidade medida, juntamente com a incerteza de medida para serem bem caracterizadas. Entretanto se a incerteza é considerada negligenciável por algum motivo, é comum a supressão dessa informação. Em muitos campos essa maneira suprimida é a maneira corriqueira de expressar uma medida. Classificações das grandezas físicas Grandezas básicas Num determinado sistema de unidades de medida, um subconjunto de grandezas, com o qual seja possível escrever todas as outras grandezas desses sistema (que, obviamente não pertençam a esse subconjunto) são denominadas grandezas básicas. E ainda: grandezas básicas são as grandezas mutualmente independentes entre si, uma vez que nenhuma grandeza de base pode ser expressa como um produto de potências de outras grandezas básicas. A escolha das grandezas básicas é puramente arbitrária, podendo ser escolhidas quaisquer grandezas desde que seja obedecida a definição. Geralmente os sistemas de medida têm como grandezas de base o comprimento, a massa e o tempo, isso deve-se a razões históricas: na física, a primeira área a se desenvolver, foi a mecânica. Mais recentemente ocorrida, a adoção de uma grandeza eletromagnética pelos sistemas de medida, já apresenta divergências na escolha da grandeza básica a cumprir esse papel. Algumas grandezas são adotadas como grandezas de base devido a 25 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS necessidades essencialmente práticas, como é o caso da temperatura e da intensidade de corrente elétrica. No SI são sete grandezas básicas: comprimento, massa, tempo, intensidade de corrente elétrica, intensidade luminosa, temperatura termodinâmica e quantidade de matéria. No CGS são apenas 3: comprimento, massa e tempo. Grandezas derivadas[editar | editar código-fonte] Grandezas que, num determinado sistema de unidades, são definidas em termos das unidades de base desse sistema.. Exemplos: velocidade, força, potência. http://pt.wikipedia.org/wiki/Grandeza_f%C3%ADsicaGeorge Simon Ohm foi um físico alemão que deu origem à Lei de Ohm: a voltagem aplicada nos terminais de um condutor é proporcional à corrente elétrica que o percorre. George Simon Ohm foi um físico alemão que viveu entre os anos de 1789 e 1854 e verifi cou experimentalmente que existem resistores nos quais a variação da corrente elétrica é proporcional à variação da diferença de potencial (ddp). Simon realizou inúmeras experiências com diversos tipos de condutores, aplicando sobre eles várias intensidades de voltagens, contudo, percebeu que nos metais, principalmente, a relação entre a corrente elétrica e a diferença de potencial se mantinha sempre constante. Dessa forma, elaborou uma relação matemática que diz que a voltagem aplicada nos terminais de um condutor é proporcional à corrente elétrica que o percorre, matematicamente fi ca escrita do seguinte modo: V = R.i Onde: • V é a diferença de potencial, cuja unidade é o Volts (V); • i é a corrente elétrica, cuja unidade é o Àmpere (A); • R é a resistência elétrica, cuja unidade é o Ohm (Ω). É importante destacar que essa lei nem sempre é válida, ou seja, ela não se aplica a todos os resistores, pois depende do material que constitui o resistor. Quando ela é obedecida, o resistor é dito resistor ôhmico ou linear. A expressão matemática descrita por Simon vale para todos os tipos de condutores, tanto para aqueles que obedecem quanto para os que não obedecem a lei de Ohm. Fica claro que o condutor que se submete a esta lei terá sempre o mesmo valor de resistência, não importando o valor da voltagem. E o condutor que A LEI DE OHM 27 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS não obedece, terá valores de resistência diferentes para cada valor de voltagem aplicada sobre ele. http://www.brasilescola.com/fisica/a-lei-ohm.htm Lei de Kirchhoff para radiação térmica. Segunda lei de Kirchhoff v1 + v2 + v3 - v4 = 0 A lei de Kirchhoff em termodinâmica, também chamada Lei de Kirchhoff da radiação térmica, é uma declaração geral igualando emissão e absorção em objetos aquecidos, proposta por Kirchhoff em 1859 (e demonstrada em 1861), a partir de considerações gerais de equilíbrio termodinâmico. Um objeto a uma temperatura diferente de zero irradia energia eletromagnética. Se esse objeto é um corpo negro perfeito, absorvendo toda a luz que incide sobre ele, ele irradia energia de acordo com a fórmula de radiação do corpo negro. De maneira geral, ele irradia com alguma emissividade multiplicada pela fórmula do corpo negro. A lei de Kirchhoff declara: Em equilíbrio térmico, a emissividade de um corpo (ou superfície) é igual à sua absortância. CIRCUITO EM SÉRIA, PARALELO E MISTO O BÁSICO DA TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA Matéria : tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço, podendo se apresentar em 4 estados físicos distintos: sólido, líquido, gasoso ou plasma. Corpo: é uma quantidade limitada de matéria que possui uma certa forma. Ex: mesa, gota d´água, etc. - Corpo Simples: formado por um só tipo de elemento: ouro, cobre, alumínio. - Corpo Composto: formado por dois ou mais elementos: água, sal de cozinha. Molécula: menor partícula física em que pode ser dividido um corpo composto, sem que o corpo resultante (molécula) perca suas características. Átomo: menor LEI DE KIRCHHOFF 29 ELETROTÉCNICA - MEDIDAS ELÉTRICAS partícula física em que se pode dividir um elemento (substancia fundamental)sem alterar suas características. Pode ser dividido em várias partículas subatômicas, como o próton, o nêutron e o elétron .Modelo Atômico de Bohr O cientista neozelandês Niels Bohr imaginou, em 1915, um modelo para o átomo. Ele o visualizou como um núcleo rodeado por elétrons em órbitas estáveis, com velocidade suficiente para que a força centrífuga equilibrasse a atração nuclear. Hoje sabemos que as forças que governam os átomos não são possíveis de serem explicadas segundo a física tradicional e sim pela física quântica, que compreende o estudo das interações fortes e fracas no interior do átomo. O átomo é formado pelo núcleo e pela eletrosfera . Núcleo : formado pelos prótons e nêutrons. Prótons = carga elétrica positiva. Nêutrons = carga elétrica nula. Elétrosfera : formada pelos elétrons em órbita Elétrons = carga elétrica negativa. Os elétrons se distribuem nos átomos em 7 camadas ou níveis da eletrosfera. Camada Número de elétrons K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 8 Cada camada corresponde a um nível energético. As mais afastadas do núcleo têm energia menor. Os átomos tendem sempre a ficar com um número de 8 elétrons na sua camada mais externa, chamada de camada de valência. Assim, os elementos condutores, que possuem poucos átomos na última camada, têm grande tendência a ceder elétrons para outros átomos ,formando ligações iônicas. Já os elementos isolantes possuem mais elétrons na última camada. http://pt.slideshare.net/johnmarcoss/circuito-em-sria-paralelo- e-misto
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