Componentes Discretos usados em Eletricidade

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U1S3 – Componentes Discretos usados em Eletricidade
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A principal propriedade de um resistor é a grandeza física denominada Resistência Elétrica.
Resistores
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Classificação dos Resistores
Resistor de Valor Alterável
Resistor Variável O resistor variável é utilizado para controlar o volume sonoro em rádio, televisor etc.
Resistor Ajustável  O resistor ajustável é utilizado para proporcionar ajustes definitivos nos circuitos.
É um resistor que possui um controle para alteração de sua resistência por ação diretamente manual ou através de chave de fenda.
Exemplos:
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Resistor Especial
Resistor Fixo
O valor da resistência ôhmica é estabelecida por fenômenos físicos, como a luz, temperatura, tensão elétrica, pressão e outros.
Resistor fixo é um resistor que possibilita um único valor de resistência.
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Resistores de Uso Geral
Resistores de Potência
São resistores de fio, geralmente de níquel-cromo, para valores de potência dissipada acima de 5W.
São resistores (fabricados por exemplo em película de carbono) para valores de potência dissipada entre de 1/8W à 2.5W.
O valor da resistência destes resistores é fornecido por anéis coloridos, impressos no corpo do resistor (código de cores comum), o valor da potência é fornecido na última faixa.
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Resistores de Precisão
São resistores fabricados por processo especiais e que tem a tolerância do valor da variação da resistência bastante limitada (quase nula).
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Tipos de Resistores de Valores Variáveis
O constante uso poderá influenciar na qualidade da resposta da leitura desse tipo de resistor, pois o fio ou o metal podem se corroer ou se desgastar. 
Para isso, a indústria responde com a mudança dos matérias de fabricação a prova de corrosão. 
Reostato
É um resistor variável com dois terminais, sendo um fixo e o outro deslizante.
 
No uso industrial, é utilizado para dissipação de grandes potências. 
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Potenciômetro
É um tipo de resistor variável comum para baixa potência de dissipação. Tem seu uso em controle de volume em amplificadores de áudio.
Metal Óxido Varistor ou M.O.V. / Varistores
Ele é usado geralmente para proteção contra curtos-circuitos em extensões ou para-raios usados nos postes de ruas, ou como "trava" em circuitos eletromotores. 
É utilizada no projeto de VCOs (Voltage Controlled Oscilators), VCFs (Voltage Controlled Filters), etc.
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LDR
É um tipo de resistor cuja resistência varia conforme a intensidade de radiação eletromagnética do espectro visível que incide sobre ele. O nome vem dessa característica (Light Dependent Resistor ou Resistor Variável Conforme Incidência de Luz.).
Em outras palavras, o LDR é um transdutor de entrada (sensor) que converte a (luz) em valores de resistência.
Muito utilizado nas chamadas fotocélulas que controlam o acendimento de poste de iluminação e luzes em residências. Também é utilizado em sensores fotoelétricos assim como fotodiodos.
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Termistor
São semicondutores sensíveis à temperatura. Existem basicamente dois tipos de termistores:
NTC
Coeficiente de variação de resistência com a temperatura é negativo: a resistência diminui com o aumento da temperatura. 
PTC 
Coeficiente de variação de resistência com a temperatura é positivo.
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Esses resistores têm larga aplicação na área de controle e proteção na indústria e em equipamentos.
Na proteção contra sobreaquecimento, limitando a corrente elétrica quando determinada temperatura é ultrapassada;
Em motores, por exemplo, quando o termistor “ler” uma variação de uma grandeza elétrica que está relacionada com a temperatura, provoca a entrada da proteção.
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Simbologia
1ª Lei de Ohm:
Aplicando-se uma ddp U (tensão) entre dois terminais de um resistor, observa-se que passa pelo mesmo uma corrente elétrica i, conforme mostra a figura a seguir:
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A 1ª lei de Ohm (V=RI) tem a forma da função do 1º grau:
f(x) = a.x + b
onde a e b são constantes.
A função do 1º grau é uma reta, onde a constante “a”, denominada Coeficiente Angular, nos fornece a inclinação da reta e a constante b, denominada Termo Independente, representa o ponto onde a reta corta o eixo y.
Por comparação com a 1ª lei de Ohm, vemos que a = R e b = 0.
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Portanto, a reta que representa a 1ª lei de Ohm corta o eixo y no ponto zero, ou seja, na origem do sistema e sua inclinação é determinada pelo valor da Resistência Elétrica.
O gráfico abaixo representa condutores ôhmicos (reta) e não ôhmicos (curvas).
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Para os resistores ôhmicos, dada a reta que os representa, conseguimos, através da trigonometria, calcular o valor de sua resistência elétrica.
Traçando um triângulo retângulo sob a curva, em relação ao ângulo α, vemos que a variação da tensão é representada pelo cateto oposto enquanto que a variação da corrente elétrica pelo cateto adjacente.
Utilizando a função tangente podemos calcular a Resistência Elétrica do resistor:
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Tabela do Código de Cores
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A figura a seguir mostra um condutor elétrico.
2ª Lei de Ohm:
Onde L é o comprimento e A a área da secção transversal do condutor
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Características da Resistência Elétrica:
A Resistência Elétrica é diretamente proporcional ao comprimento e inversamente proporcional à área da secção transversal de um condutor elétrico.
A Resistência Elétrica é diretamente proporcional a Resistividade Elétrica de um condutor elétrico.
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Para expressar matematicamente a 2ª Lei de Ohm, usa-se:
Onde, no SI, as unidades são definidas por:
R = resistência elétrica [ Ω ]
ρ = resistividade elétrica [ Ω.m ]
L = comprimento [ m ]
A = área da secção transversal [ m2 ]
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O comportamento da resistência e da temperatura é dada por:
R = R0 (1 + αΔƟ)
Onde:
R: resistência elétrica na temperatura final (Ɵf)
R0: resistência elétrica na temperatura final (Ɵ0)
α: coeficiente de temperatura do material (°C-1), que corresponde a variação de resistência elétrica, que o condutor do referido material com resistência de 1Ω sofre quando a temperatura varia de 1ºC.
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Determinar a resistência elétrica de um condutor de cobre na temperatura de 20° C (ρCu = 1,7 . 10-8 Ω.m), sabendo-se que sua área de seção transversal vale 1, 5 mm2, para os seguintes casos:
a) l1 = 50 cm
b) l1 = 100 m
c) l1 = 3 km
Exercícios:
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Resolução:
A
Assim:
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 Capacitores 
São elementos elétricos capazes de armazenar carga elétrica e, consequentemente, energia potencial elétrica.
Podem ser esféricos, cilíndricos ou planos, constituindo-se de dois elementos denominados armaduras que, ao serem eletrizados, armazenam cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinais contrários
Assim, didaticamente, esses componentes são apresentados tipicamente em dois eletrodos (ou placas) que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um dielétrico. 
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Banco de Capacitores de uma estação de energia elétrica
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Capacidade Eletrostática (Capacitância)
Essa carga elétrica corresponde à carga de sua armadura positiva.
Capacidade eletrostática de um capacitor está associada à sua aptidão de armazenar energia potencial elétrica.
A capacidade eletrostática C de um capacitor é a razão entre a carga elétrica Q que ele armazena e o potencial elétrico (U ou V). 
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A figura abaixo mostra duas Placas Carregadas separadas por uma distância d, sendo que, a placa com Carga Positiva está a um Potencial Elétrico V + e a Negativa V –.
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Matematicamente, temos que:
Q = U.C
Onde, as unidades são definidas por:
  Q = quantidade de carga elétrica [ C ]
  U = ddp ou tensão [ V ]
  C = capacitância [ F = C/V ] (Faraday)
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Indutores
São dispositivos eletrônicos que apresentam como característica a capacidade de armazenar energia em forma de campo magnético.
Esse campo magnético é gerado pela corrente elétrica que percorre o indutor.
Define-se a indutância como grandeza elétrica associada a um indutor e que impactará no aparecimento da reatância indutiva.
Já para o capacitor ter-se-á a reatância capacitiva associada à Capacitância.
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A indutância é a medida que representa a capacidade queo indutor tem de armazenar energia em forma de campo magnético (unidade no SI  Henry (H)). 
Nos diagramas de circuitos, o indutor é representado pela letra L.
A Reatância indutiva é compreendida como oposição oferecida por uma bobina a uma corrente alternada (AC). Depende do valor da indutância bem como da frequência de rede. 
A reatância indutiva e a reatância capacitiva são calculadas pelas fórmulas mostradas a seguir (unidade Ω ):
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A corrente que flui através do fio que compõe o indutor produz um fluxo magnético. 
O fluxo total representa a soma de todos os fluxos de cada espira, e é denominado fluxo concatenado λ. 
Para um indutor linear, o fluxo total é diretamente proporcional à corrente i e à indutância L do componente. Logo, podemos definir o fluxo concatenado como:
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Estrutura do Indutor
É construído a partir de um fio de cobre enrolado no formato de espiras em torno de um núcleo.
O núcleo do indutor pode ser feito de diversos materiais, que varia de acordo com a aplicação do indutor, assim como a quantidade de espiras ao seu redor.
Tipos de Indutores
Núcleo de Ar 
Núcleo Laminado 
Núcleo Ferromagnético
Núcleo de Ferrite
Indutor Toroidal
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Núcleo de ar
Não existe material físico no núcleo desse indutor. 
Normalmente é de baixa indutância e seu uso é indicado em circuitos de altas frequências.
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Núcleo Laminado
O núcleo feito de camadas com laminas finas de aço-silício envolvidas por verniz. Por causa da construção do seu núcleo, os indutores laminados têm redução considerável nas perdas.
Os indutores deste tipo são usados em baixas frequências como por exemplo, em transformadores. 
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Núcleo Ferromagnético
Os indutores que usam núcleo com materiais ferromagnéticos, são aqueles que têm o objetivo de atingir bons níveis de indutância. 
Os materiais ferromagnéticos são capazes de aumentar e concentrar o campo magnético. 
Porém, a maior desvantagem de materiais deste tipo, é que infelizmente ocorrem muitas perdas.
Assim, existe a técnica de unir os núcleos laminados com o núcleo de material ferromagnético.
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Núcleo de Ferrite
Os indutores feitos com núcleo de ferrite apresentam um alto desempenho ao trabalhar em circuitos de altas frequências, além disso eles apresentam baixas perdas. 
Todas essas vantagens do indutor como núcleo de ferrite, são por causa do tipo de cerâmica ferromagnética e não condutora.
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Indutor Toroidal
O indutor toroidal geralmente construído de ferrite, porém ele tem o formato de um toróide. 
Por causa disso o campo magnético possui um caminho fechado para circular, que diminui consideravelmente as perdas e aumenta o valor de sua indutância.
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Assim, pensando nas funções que os resistores, capacitores e indutores possuem em um determinado circuito elétrico pode-se dizer:
Os indutores, tem a capacidade de transformar em energia mecânica a energia magnética que armazenou. Como exemplo podemos citar o funcionamento de um rele magnético;
Os resistores limitam a tensão aplicada aos terminais dos outros dispositivos presentes no circuito;
Os capacitores evitam mudanças abruptas na quantidade de energia desses componentes. 
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Exercícios
1) Todo elemento que é parte de um circuito elétrico possui propriedades resistivas, ou seja, a propriedade de estabelecer uma certa resistência para que a corrente flua pelo circuito. Dentre esses elementos, podemos considerar um fio elétrico condutor, de 1mm de diâmetro e 2 metros de comprimento, como exemplo para conexão da alimentação de um painel de controle a um dispositivo de controle de velocidade, como tem exemplificado nosso projeto.
Em um fio de cobre, com as caraterísticas mencionadas acima, é aplicada uma tensão de 500mV, pelo qual passa uma corrente instantânea de 0,116 A. A resistividade desse fio de cobre pode ser considerada como: 
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2. Um capacitor de 50 µF está inicialmente carregado com 3, 3 V. Podemos afirmar que a carga q presente no dispositivo de armazenamento de energia é de:
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3. Calcule o fluxo concatenado de um enrolamento de espiras, ou indutor, pelo qual flui um fluxo por espira de 0,05 Wb. Considere um enrolamento de 100 espiras.
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ATENÇÃO:
FAZER ATIVIDADES DO AVA: ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM DE U1S3 e ATIVIDADE DIAGNOSTICA U2S1;
 Atividades prontas:
Diagnóstica e aprendizagem da U1, seções 1, 2 e 3.
Desafio Nota máxima já tem material.
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