Circuitos I - Aula 1 - Introdução

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CIRCUITOS ELÉTRICOS I

INTRODUÇÃO E APRESENTAÇÃO DO PLANO DE ENSINO

DISCIPLINA: Circuitos Elétricos I

PROFESSOR: Fernando França [email protected]

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Apresentação do Programa da Disciplina

Objetivos Gerais da Disciplina

• Apresentar os conceitos e técnicas na análise e solução de problemas de circuitos elétricos, proporcionando aos alunos uma experiência concreta na área de engenharia por meio de práticas laboratoriais.

Específicos

• Estabelecer a relação entre os componentes reais de circuitos elétricos com os seus modelos matemáticos de circuito equivalente com base no seu comportamento físico;

• Analisar circuitos elétricos em corrente contínua, obtendo sua resposta em regime permanente e transitório;

• Fazer testes experimentais para verificar os comportamentos e respostas referidas anteriormente;

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Apresentação do Programa da Disciplina

• Ementa

Variáveis elétricas; circuito elétrico; elementos básicos de circuito; circuitos resistivos; Leis de kirchhoff; técnicas de análise de circuitos; elementos armazenadores de energia (indutores e capacitores); respostas natural e ao degrau, de tensão ou corrente, de circuitos com um elemento armazenador de energia (circuitos RL e RC) e dois de tais elementos (circuitos RLC).

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• Horário Noturno

Quarta-feira: 18h50 às 20h50

• Aulas Práticas (Laboratório de Circuitos)

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• Lista de Exercícios

As listas de exercícios apresentadas aos alunos não devem ser resolvidas em aula. As listas de exercícios são um apoio para fixar o conceito dado em sala de aula e auxiliar nos estudos para as provas. Entretanto, exercícios da listas poderão ser propostos para resolução durante as aulas.

• Experimentos no Laboratório

Os Roteiros serão apresentado anteriormente à aula. Os alunos deverão ler os roteiros e efetuar os cálculos exigidos antes das aulas. Os Relatórios serão feitos em equipe e deverão ser entregues ao final da aula.

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Apresentação do Programa da Disciplina • Avaliação

• Média das provas (MP): Média aritmética de duas provas;

• Média dos relatórios (MR): Média aritmética de relatórios dos laboratórios;

• Média dos relatórios (LF): Nota do Laboratório Final

• Média final (MF): MF = 0,4(MP) + 0,3(MR) + 0,3(LF)

• Obs. Haverá somente uma prova substitutiva – contendo todo o

conteúdo do quadrimestre – para casos em que o aluno tenha perdido uma das provas e apresente justificativa plausível para tal situação. Esta prova poderá também ser utilizada como exame final nos casos em que o desempenho mínimo para aprovação não for atingido (neste caso, anota de uma das provas (P1 ou P2), obrigatoriamente, será

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• Bibliografia Básica

1. NILSSOM, James W; RIEDEL, Susan A. Circuitos Elétricos, LTC, 6a edição.

2. CLOSE, Charles M.; Circuitos Lineares. 2-a Ed. LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1975,

3. HAYT, W. H., KEMMERLY, J. E. Análise de circuitos em engenharia. 7a ed. [S.l.]: McGrawHill, 2008.

• Bibliografia Complementar

4. JOSEPH, A., EDMINISTER. Circuitos Elétricos. Coleção Schaum. [S.L.]: McGraw-Hill, 2005.

5. SCOTT R.E. Elements of Linear Circuits - - Addison Wesley 6. ORSINI L.Q. Curso de Circuitos Elétricos - - Edgard Blucher

7. ALEXANDER, C., SADIKU, M. Fundamentos de circuitos elétricos. Porto Alegre: Bookman, 2007. 857p.

8. BOYLESTAD, R. J. Introdução à Análise de Circuitos. São Paulo: Prentice Hall, 2004.

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Visão Geral de Engenharia

• Produção, transmissão e medição de sinais elétricos • Combinação: modelo físico de fenômenos naturais x

ferramentas matemáticas -> sistemas de interessa práticos

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- Sistema de comunicação e informação: sistemas elétricos que geram, transmitem e distribuem

informações.

• Equipamentos de televisão: câmeras, transmissores, receptores e aparelhos de vídeo cassete;

• Radiotelescópios

• Sistemas de satélites • Sistemas de radar • Sistemas telefônicos

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- Sistema de computação: usam sinais elétricos para processar informações, desde palavras até cálculos matemáticos.

• Calculadoras; • Computadores;

• Supercomputadores; • Circuitos Integrados.

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- Sistema de controle e automação : utilizam sinais elétricos para controlar, regular processos.

• Controle de temperatura, pressões e velocidades de escoamento em uma refinaria de petróleo;

• Mistura combustível-ar no sistema eletrônico de injeção de um motor de automóvel

• Mecanismos como os motores, portas e luzes de elevadores;

• Sistemas de piloto automático e aterrissagem por instrumentos por instrumentos de aviões.

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- Sistema de potência e energia: geram e distribuem energia elétrica.

Sistema de geração de energia • Geradores nucleares;

• Hidrelétricos;

• Térmicos (a carvão, a óleo e a gás);

Distribuída por uma rede de condutores que entrecruzam o país.

Há necessidade de controle suficiente para que no caso de falha, uma cidade, um estado ou toda uma região nãofique

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Sistema de processamento de sinais: agem sobre sinais

elétricos que representam informações. Transformam o sinal e a informação nele contida em uma forma mais adequada.

• Sistemas de processamento de imagem; • Tomografia Computadorizada;

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Um sistema elétrico de um avião comercial

Sistema de Comunicação

• Radar, GPS, localização

Sistema de Controle

• Turbinas, aerodinamico

Sistema de Processamento de Sinais

• Redução de ruídos comunicação, processamento de sinais de localização Sistema de Potência • Iluminação • Turbinas • Instrumentos • Aparelhos

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Um sistema elétrico de um avião comercial Sistema de Comunicação • IEC 61850 • Sinais de abertura de disjuntor • Chaves Sistema de Controle • Medição • Relés • Supervisão • Monitoramento

Sistema de Processamento de Sinais

• Oscilografia

Sistema de Potência

• Iluminação • Transformação • Distribuição

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• Considere os seguintes sistemas:

- Sistema de comunicação e informação - Sistemas de computação

- Sistemas de controle e automação - Sistemas de potência e energia

- Sistemas de processamento de sinais

• O que há em comum entre esses sistemas? - Circuitos Elétricos

• Circuito Elétrico: modelo matemático que se comporta

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Contato:

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Componentes básicos

de circuitos elétricos

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O Sistema Internacional de Unidades

Unidades Básicas:

• metro (m), kilograma (kg), segundo (s), ampere (A)

• Kelvin (K) , mol, and candela (cd)

Unidades Derivadas do SI:

• Trabalho ou energia: joule (J)

• Potência (taxa de variação de energia): watt (W)

• 1 W = 1 J/s

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SI: Prefixos

Permission required for reproduction or display. 23

FACTOR NAME SYMBOL

10-9 _nano _n

10-6 _micro μ

10-3 _milli _m

103 kilo k

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Unidades

• Coulomb (C): unidade básica usada na medida de cargas elétricas

• Ampère (A): unidade usada para medir corrente elétrica • Volt (V): unidade usada para medir diferença de

potencial elétrico

• Newton (N): unidade usada para medir força (força requerida para acelerar uma massa de 1 kg a 1 m/s2 _).

• Joule (J): unidade de medida de trabalho ou energia (1 J = 1 N·m)

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Carga

• carga é conservada: é criada nem destruída • símbolo: Q ou q; unidades são coulomb (C)

• as cargas são bipolares : positiva - próton (1,602 × 10-19

C) ; negativa - elétron (-1,602 × 10-19 C)

• Separação das carga dá origem a tensão elétrica e o movimento dá origem a corrente elétrica

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Corrente e Carga

Corrente é a taxa de variação da carga:

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Grandezas Elétricas

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Corrente e Carga

• Representado por I ou I, é a taxa de variação do fluxo de carga

• É representado pela magnitude e direção • Esta correntes são as mesmas:

( )

dq

i t

dt



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Grandezas Elétricas

• Tensão Elétrica

Tensão elétrica é a força nos extremos do circuito, para movimentar de forma ordenada os elétrons livre

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Tensão

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• Para separar carga positivas e negativas é necessário

energia

• Energia por unidade de carga v = dw/dq

(v:tensão, w:energia, q:carga) • Exemplo: (a)=(b), (c)=(d)

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Elemento Básico Ideal

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• Possui apenas dois terminais (as vezes possui três ou mais) • Pode ser descrito em

termos de tensão e/ou corrente

• Não pode ser divididos em outros elementos • Convenção passiva

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Potência e Energia

• Para propósitos práticos, devemos saber também a potência que um dispositivo elétrico pode suportar.

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Potência: p = v i

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Exemplo: Potência

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Quanto de potência é absorvida pelos três elementos acima? Pa = + 6 W, Pb = +6 W, Pc = -20 W.

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Energia

• As companhias de distribuição de energia medem a energia em watt-hora (Wh), onde 1Wh = 3,600 J.

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Exemplo 2: Potência

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P.1.15. (Nilsson, 8ªed.) Quando a bateria de um carro está

descarregada, é possível dar a partida ligando os terminais da bateria aos terminais da bateria de outros carro, como na figura. Suponha que a corrente i seja 30A.

a) Qual dos carros está com a bateria descarregada? Qual a potência da bateria?

b) Se a ligação for mantida por 1 min., qual será a energia transferida para a bateria descarregada?

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Exemplo 2: Solução

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a) Pela convenção passiva, a corrente está entrando no terminal positivo do carro A. Portanto o carro A está absorvendo

energia e está com a bateria descarregada. P = v.i = (30)(12) = 360W