O fusível é um condutor (geralmente de cobre, esta- nho, chumbo ou alumínio) que protege os circuitos elétri- cos contra correntes excessivas. Ele é projetado de modo a não permitir que a corrente elétrica perdure no circuito, quando ultrapassa um determinado valor.
Alguns tipos de fusível.
Em condições normais de funcionamento, isto é, en- quanto a corrente não ultrapassa o valor máximo admi- tido, a temperatura atingida pelo fusível é inferior ao seu ponto de fusão. Entretanto, se a corrente se eleva acima do máximo, a temperatura do fusível aumenta e atinge seu ponto de fusão. Fundindo-se, o circuito se abre e a corrente cessa. Dessa maneira, o fusível protege apare- lhos e instalações elétricas.
Esse excesso de corrente pode ser resultado de so- brecarga na rede elétrica (excesso de aparelhos ligados simultaneamente) ou de curto-circuito (contato direto entre dois fios da rede elétrica). Se não fosse a interven- ção dos fusíveis (e disjuntores), os riscos de incêndio nas instalações seriam muito maiores.
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oody Lawton Rick
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O símbolo dos fusíveis, nos esquemas de circuitos elétricos, é:
Este fusível é adequado para um circuito em que a corrente máxima admissível é de 25 A.
Ilustrações: CJT/Zapt
25 A
Observe a seguir o esquema de dois tipos de fusível.
Fusível de rosca. i elemento fusível rosca metálica suporte de porcelana terminal metálico i proteção de vidro ou papelão terminais metálicos i elemento fusível i Fusível de cartucho.
É importante salientar, no entanto, que não é só o fusível que garante a segurança de circuitos elétricos.
Um dispositivo muito usado atualmente na pro- teção de circuitos é o disjuntor, que abre o circuito au- tomaticamente quando a corrente elétrica ultrapassa determinado limite. O disjuntor tem uma grande van- tagem sobre os fusíveis: uma vez eliminada a causa da corrente excessiva, ele é novamente ligado, e o circui- to volta às condições normais de operação, enquanto o fusível, uma vez fun-
dido, tem de ser troca- do. Muito raramente um disjuntor precisa ser substituído por outro. Por isso, é cada vez mais raro o uso de fusíveis nas instalações elétricas resi- denciais e industriais.
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Quadro de disjuntores de uma instalação elétrica em um prédio residencial.
O que significam os 220 V ou os 110 V em sua casa?
Como você sabe, no ferro elétrico ligado a uma tomada em sua casa, por exemplo, a corrente elétrica é alternada, com frequência igual a 60 Hz. Isso acontece porque a diferença de potencial (ddp) U entre os terminais
A e B da tomada também é alternada.
Vamos simbolizar por nA e nB os potenciais desses terminais e definir
a ddp U entre eles por U 5 nA 2 nB.
Durante 1
120 s, nA é maior que nB e U é positiva. No próximo
intervalo de 1
120 s, a situação se inverte: nA se torna menor que nB e U passa a ser negativa.
O gráfico de U em função do tempo, no caso de uma tomada de 220 V, é conforme o representado ao lado.
Observe, então, que a ddp U disponível na tomada varia entre 2310 V e 1310 V, aproximadamente. Mas, então, o que significa dizer que essa tomada é de 220 V?
Significa que, se um ferro elétrico, por exemplo, em vez de ser ligado nessa tomada, se submetesse a uma ddp
U constante e igual a 220 V, como se fosse ligado a uma superbateria, ele esquentaria de modo exatamente igual.
Note, então, que os 220 V na realidade não existem,
significando apenas uma tensão constante e fictícia (denominada tensão eficaz) que produziria no ferro o mesmo efeito produzido pela tensão real, que varia entre 2310 V e 1310 V.
No caso de uma tomada de 110 V, a situação é análoga. Agora, a ddp real varia entre 2155 V e 1155 V, aproximadamente.
Voltaremos ao assunto (valor eficaz) no Capítulo 11.
nisto
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Tomada.
Daniel Cymbalista/Pulsar Imagens
t (s) 0 –310 310 U (V) 1 120 1 60 UNIDADE 2 I eletrodinÂMiCa 102 CJT/Zapt Física3-091_113_U2C04_P7.indd 102 6/3/16 7:19 PM
1 Três fios condutores de cobre, F1, F2 e F3, estão inter- ligados por solda, como mostra a figura, e são percorri- dos por correntes elétricas de intensidades i1, i2 e i3, res- pectivamente, sendo i1 5 2 A e i25 6 A nos sentidos indicados. B i1 = 2 A i 2 = 6 A i3 F3 F1 D A C F2 Determine:
a) o sentido e a intensidade da corrente elétrica no fio F3; b) o sentido em que os elétrons livres percorrem o fio F3; c) a quantidade de elétrons livres que passa por uma seção
transversal do fio F3 em cada segundo, sabendo que e 5 1,6 ? 10219 C é a carga elétrica elementar.
RESOLUÇÃO
a) Como as duas correntes indicadas estão saindo do ponto B, a corrente no fio F3 tem de estar chegando a esse ponto. Então:
O sentido da corrente no fio F3 é de D para B.
Além disso, a intensidade da corrente que chega a B tem de ser igual à soma das intensidades das correntes que saem desse ponto.
i3 5 i1 1 i2 V i3 5 2 A 1 6 A V i3 5 8 A
b) Como o sentido da corrente elétrica, sempre conven- cional, é oposto ao sentido do movimento dos elétrons livres:
Os elétrons livres percorrem o fio F3 de B para D. c) Como i3 5 8 A, concluímos que passam 8 C por qual-
quer seção transversal de F3 em cada segundo: |Q| 5 8 C. Mas: |Q| 5 n e, em que n é o número de elétrons pedido. Então: 8 5 n ? 1,6 ? 10219 V n 5 5 ? 1019 elétrons livres
Respostas: a) O sentido da corrente no fio F3 é de D para B. b) Os elétrons livres percorrem o fio F3 de B
para D.
c) 5 ? 1019 elétrons livres.
Paulo C. Ribeiro
2 Por um chuveiro elétrico circula uma corrente de 20 A quando ele é ligado a uma tensão de 220 V.
Determine:
a) a potência elétrica recebida pelo chuveiro;
b) a energia elétrica consumida pelo chuveiro em 15 minu- tos de funcionamento, expressa em kWh;
c) a elevação da temperatura da água ao passar pelo chuvei- ro com vazão igual a 50 gramas por segundo, supondo que ela absorva toda a energia dissipada. Use: calor espe- cífico da água 5 4,0 J/g °C.
RESOLUÇÃO
a) A potência elétrica recebida é calculada por: Pot 5 U i
Assim, substituindo os valores fornecidos, temos: Pot 5 220 ? 20
Pot 5 4 400 W ou Pot 5 4,4 kW b) A potência é, por definição: Pot 5
DEt .
Logo, E 5 Pot ? Dt, em que E é a energia recebida pelo chu- veiro nesse intervalo de tempo Dt.
Assim, sendo Pot 5 4,4 kW e Dt 5 15 min 5 1
4 h, temos: E 5 4,4 kW ? 1
4 h E 5 1,1 kWh Nota:
Como 1 kWh 5 3,6 ? 106 J, a resposta, no SI, seria: E 5 1,1 ? 3,6 ? 106 J
E 5 3,96 ? 106 J
c) Em cada segundo, passa pelo chuveiro uma massa m de água: m 5 50 g.
A potência do chuveiro é 4 400 W, o que equivale a 4 400 J/s. Isso significa que, em cada segundo, o chuveiro consome 4 400 J de energia elétrica, que é entregue aos 50 g de água, na forma de energia térmica: Q 5 4 400 J.
Usando a equação do calor sensível, Q 5 m c Dq, em que Q 5 4 400 J, m 5 50 g e c 5 4,0 J/g °C, temos: 4 400 J 5 50 g ? 4,0 J g °C ? Dq Dq 5 22 °C Respostas: a) 4 400 W ou 4,4 kW; b) 1,1 kWh; c) 22 °C
QuestÕes COMENTADAS
QuestÕes PROPOSTAS
FA‚A NO CADERNO.3.
Quando as extremidades do fio metálico indicado na figura são submetidas a uma diferença de potencial U 5 nB2 nA, em que nA5 20 V e nB5 60 V, em que sentido se movem seus elétrons livres? Qual é o sentido convencional da corrente elétrica gerada?B A
4.
Cerca de 106 íons de Na1 penetram em uma célula ner- vosa, em um intervalo de tempo de 1 ms, atravessando sua membrana. Calcule a intensidade da corrente elétrica atra- vés da membrana, sendo e 5 1,6 ? 10219 C a carga elétrica elementar.5.
A figura ilustra fios de cobre interligados:i1
10 A
20 A 8 A
i2
Considerando as intensidades e os sentidos das correntes elétricas indicadas, calcule i1 e i2.
Ilustrações:
Luis Fernando R. T
ucillo
6.
A diferença de potencial U entre os terminais de um fio metálico ligado a uma pilha é igual a 1,2 V e a intensidade da corrente que o percorre é 5 A.Analise, então, as seguintes afirmações:
I. Os portadores de carga elétrica que percorrem o fio são elétrons.
II. A soma dos módulos das cargas dos portadores que passam por uma seção transversal do fio, em cada segundo, é igual a 5 coulombs.
III. O fio recebe 1,2 J de energia de cada coulomb de carga que o percorre de um terminal ao outro.
IV. A potência elétrica consumida pelo fio é igual a 6 W e isso significa que o fio recebe 6 joules de energia por se- gundo, na forma de energia térmica.
São corretas as seguintes afirmações: a) Nenhuma.
b) Apenas I, II e IV. c) Apenas I, III e IV.
d) Apenas II e III. e) Todas.
7.
Um aquecedor elétrico de imersão, ligado a uma tomada de 110 V, eleva de 20 °C a 100 °C a temperatura de 660 gramas de água, em 4,0 minutos. Supondo que a água aproveite toda a energia térmica produzida e sendo 1,0 cal/g °C o seu calor específico, calcule:a) a potência do aquecedor (use 1,0 cal 5 4,2 J); b) a corrente elétrica no aquecedor.