FUNDAMENTOS DE ELETRICIDADE - II

P R O F . P A U L O D E T A R S O J R .

FUNDAMENTOS DE

ELETRICIDADE - II

SUMÁRIO

• Eletricidade

• Tipos de Materiais

• Tipos

• Grandezas Elétricas

• Voltagem de Equipamentos

• Caso de Uso

• Referências

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ELETRICIDADE

• Eletricidade - Do grego elektron, que significa âmbar

• É um fenômeno físico originado por cargas elétricas estáticas, ou em movimento, e por sua interação.

• Quando uma carga se encontra em repouso, produz forças sobre outras situadas à sua volta. Se a carga se desloca, produz também campos magnéticos.

• Há três tipos de partículas elétricas que formam a eletricidade propriamente dita.

• ESTRUTURA ATÔMICA (Estrutura do Átomo).

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ELETRICIDADE

• Eletricidade – A Estrutura do Átomo

• O átomo é formado basicamente por 3 tipos de partículas elementares:

• Elétrons, prótons e nêutrons.

• A carga do elétron é igual à do próton, porém de sinal contrário.

• Os elétrons giram em torno do núcleo distribuindo-se em diversas camadas, num total de até sete camadas.

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ELETRICIDADE

• Eletricidade – A Estrutura do Átomo

• Todos os materiais encontrados na natureza são formados por diferentes tipos de átomos, diferenciados entre si pelo seus números de prótons, elétrons e nêutrons.

• Cada material tem uma infinidade de características, mas uma especial em eletrônica é o comportamento à

passagem de corrente, que dividem-se em três tipos principais.

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ELETRICIDADE

• Eletricidade – Tipos de Materiais Quanto a passagem de Eletricidade

• Materiais Condutores

• Materiais Isolantes

• Materiais Semicondutores

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ELETRICIDADE

• Eletricidade - Materiais Condutores

• São materiais que não oferecem resistência à passagem de corrente elétrica.

• Quanto menor for a oposição a passagem de corrente, melhor condutor é o material.

• Elétrons de valência estão fracamente ligados ao átomo,

encontrando grande facilidade para abandonar seus átomos e se movimentarem livremente no interior dos materiais.

• O cobre, por exemplo, com somente um elétron na camada de valência tem facilidade de cedê-lo para ganhar

estabilidade.

• O elétron cedido pode tornar-se um elétron livre.

• São Condutores: O cobre, o ferro, o alumínio, a água, madeira verde dentre outros.

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ELETRICIDADE

• Eletricidade - Materiais Isolantes

• São materiais que possuem uma resistividade muito alta, bloqueando a passagem da corrente elétrica.

• Os elétrons de valência estão rigidamente ligados aos seu átomos, sendo que poucos elétrons conseguem

desprender-se de seus átomos para se transformarem em elétrons livres.

• Consegue-se isolamento maior (resistividade) com

substâncias compostas, pelos seguinte materiais isolantes:

• Borracha, mica, baquelita, algodão, seda, linha, papel, vidro, madeira seca, celofane, nayon, cerâmicos: porcelana, vidro, plástico, resina dentre outros.

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ELETRICIDADE

• Eletricidade - Materiais Semicondutores

• Sólidos geralmente cristalinos de condutividade elétrica intermediária entre condutores e isolantes.

• Os semicondutores são, quando puros e cristalinos, a temperaturas muito baixas, excelentes isolantes, ao contrário do comportamento observado nos metais.

• Contudo, a condutividade dos semicondutores puros (intrínsecos) aumenta significativamente com a

temperatura.

• São semicondutores: Germânio (Ge) e o Silício (Si)

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ELETRICIDADE

• Eletricidade – Tipos

• Estática – Sem movimento. Ocorre nos maus condutores de eletricidade

• Dinâmica – Com movimento. Ocorre nos bons condutores de eletricidade

• O movimento das cargas elétricas através dos

condutores recebe o nome de CORRENTE ELÉTRICA

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GRANDEZAS ELÉTRICAS

• As grandezas fundamentais em eletricidade são a tensão elétrica, a corrente elétrica, a resistência elétrica e a potência elétrica.

• Essas grandezas sempre estão presentes em qualquer circuito elétrico e não podem ser dissociadas

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TENSÃO ELÉTRICA

• A tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico (d.d.p.) gerada entre dois pontos quaisquer. Essa diferença é responsável por colocar em movimento ordenado as cargas elétricas livres do meio condutor.

• Tensão elétrica pode ser exemplificado fazendo analogia com um reservatório de água:

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TENSÃO ELÉTRICA

• Na figura anterior, o reservatório de água encontra‐se em um ponto muito mais alto do que o ponto onde está o homem.

• Quanto mais alto estiver o reservatório, maior será a força com a qual a água irá fluir em direção ao homem.

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TENSÃO ELÉTRICA

• O potencial elétrico funciona do mesmo modo. O reservatório seria o ponto onde haveria a maior concentração de elétrons, e o ponto onde o

homem está seria onde há menor concentração de elétrons.

• Quanto maior for essa diferença de elétrons entre os dois pontos, maior será a diferença de potencial (d.d.p.).

• A unidade de tensão elétrica é o volt (V)

• Letra V, em maiúsculo, para sinais contínuos

• Letra v, em minúsculo, para sinais alternados.

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TENSÃO ELÉTRICA

• Geradores de tensão: Usinas hidrelétricas, pilhas e baterias

• O gerador, libera uma partícula eletrizada, esta percorre o condutor e faz acender a lâmpada, depois essa partícula continua seu percurso até retornar à pilha.

• Com isso, pode‐se concluir que a tensão elétrica é a quantidade de energia que um gerador fornece pra movimentar uma carga elétrica durante um condutor.

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TENSÃO ELÉTRICA

• Exemplos:

• Uma pilha está carregada com 1,5 V  V = 1,5 V

• A tensão residencial no norte é de 120 V  v = 120 V

• A tensão elétrica é medida por um equipamento chamado voltímetro.

• Deve ser conectado em paralelo aos dois pontos onde se deseja obter o valor da tensão:

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CORRENTE ELÉTRICA

• Antes de definirmos corrente elétrica, vamos imaginar a seguinte situação: você está em uma estação de trem urbano ou de metrô, no qual o passageiro passa por roletas para ter acesso aos trens. Sua finalidade ali é avaliar a quantidade de pessoas que passam por minuto.

• Obter essa informação é simples: basta contar quantas pessoas passam em um minuto. Por exemplo, se contou 100 pessoas, você responderá que passam 100 pessoas por minuto. Para atingir uma média melhor, você pode contar por mais tempo. Digamos que tenha contado 900 pessoas em 10 minutos.

• A média agora será 900/10 = 90 pessoas por minuto.

• Então alguém lhe pede que avalie a massa média das pessoas que passam por minuto pelas roletas.

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CORRENTE ELÉTRICA

• Se a massa médias das pessoas no Brasil é 70 Kg.

• Massa média = 900 x 70 kg / 10 min = 6300 kg/min

• Essa ideia é similar à usada para definir a intensidade de corrente elétrica ( i).

• Sabe‐se que a carga de um elétron é igual a 1,6×10^-19 C .

• Se conseguimos contar a quantidade de elétrons (n) que atravessa uma região plana de um fio em 1 segundo poderia afirmar que a intensidade da

corrente elétrica é:

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CORRENTE ELÉTRICA

• A intensidade da corrente elétrica pode também ser definida como a razão entre o módulo da quantidade de carga ΔQ que atravessa certa secção transversal do condutor em um intervalo de tempo Δt.

• A unidade de intensidade de corrente elétrica é o Coulomb por segundo, denominada ampère (A).

• Letra I, em maiúsculo, para sinais contínuos

• Letra i, em minúsculo, para sinais alternados.

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CORRENTE ELÉTRICA

• Um ampère (1 A) equivale a 6,2x10

elétrons

atravessando a secção reta de um meio qualquer em um segundo.

• Esse mesmo número de elétrons transporta uma carga elétrica igual a um Coulomb (1 C).

• “A quantidade de elétrons de um material define a sua carga elétrica.”

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CORRENTE ELÉTRICA

• Como exemplo de corrente elétrica, podemos citar os raios, o vento solar ou o fluxo de elétrons eu um condutor metálico.

• Amperímetro é responsável por medir a corrente

• Deve ser conectado em série aos dois pontos onde se deseja obter o valor da corrente.

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RESISTÊNCIA ELÉTRICA

• Grau de dificuldade para a passagem da corrente elétrica.

• A unidade de medida da resistência é o ohm (Ω).

• Determina se um material é isolante ou condutor.

Quanto maior a resistência elétrica, mais isolante será o material. Da mesma forma, quanto menor a resistência elétrica, mais condutor será o material em relação à corrente elétrica.

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Semicondutor Isolante

Resistência

Resistência

Resistência

Condutor

RESISTÊNCIA ELÉTRICA

• Cada material resiste corrente elétrica de uma maneira. Isso ocorre porque cada material possui uma resistividade elétrica ρ diferente.

• O alumínio, por exemplo, é um elemento que possui baixa resistividade.

• 2,8×10‐8 Ω.m.

• Esse valor de resistividade indica que o alumínio é um bom condutor.

• Já o vidro possui uma resistividade muito grande (1×1012Ω.m) fazendo com que ele seja um bom isolante.

• Ex.: Quando dizemos que um material, como o ouro, possui uma resistividade de 2,45×10‐8 Ω.m. Significa que possui:

• 1 m de comprimento (ℓ)

• 1 m² de área de secção reta transversal (A)

• Possui uma resistência de 2,45×10‐8 Ω .m.

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RESISTÊNCIA ELÉTRICA

• Comprimente e Área

• Resistência é alterada de acordo com o comprimento e área da seção transversal.

• A resistência de um condutor de seção reta e uniforme é diretamente proporcional ao seu comprimento e

inversamente à área da seção reta.

Onde:

R é a resistência elétrica, em Ω ;

ρ é a resistência específica do material, em Ω.m;

ℓ é o comprimento do resistor, em m;

A é a área da secção reta transversal do resistor, em m2.

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POTÊNCIA ELÉTRICA

• Nós ouvimos muitas propagandas sobre produtos eletrônicos nas quais é destacada a potência desses equipamentos.

• Bons exemplos são os aparelhos de som, os chuveiros e lavadoras que sempre apresentam em destaque sua potência de trabalho.

• Esses aparelhos necessitam de energia elétrica para funcionar e, ao receberem essa energia elétrica, transformam‐na em outra forma de energia.

• No caso do chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em energia térmica.

• Quanto mais energia for transformada em um menor intervalo de tempo, maior será a potência do aparelho.

• Dessa forma temos que a potência elétrica é a razão entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação.

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POTÊNCIA ELÉTRICA

• Na utilização de um equipamento elétrico você pode observar que ele esquenta durante seu funcionamento.

• Esse aquecimento é chamado de efeito Joule

• Ocorre por causa das colisões entre os elétrons.

• A energia que é drenada nesse aquecimento é chamada de energia dissipada.

• A potência é o produto da tensão pela corrente.

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P = V * i

POTÊNCIA ELÉTRICA

• Sua unidade de medida é o volt‐ampère (VA)  P

• Essa potência é também chamada de potência aparente.

• A potência aparente é composta por duas

parcelas: a potência ativa e a potência reativa.

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POTÊNCIA ELÉTRICA

• Ativa é aquela efetivamente transformada em

potência mecânica, potência térmica e potência luminosa.

• Sua unidade de medida é o watt (W).

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Potência

Mecânica Potência Térmica Potência Luminosa

POTÊNCIA ELÉTRICA

• A potência reativa é a parcela transformada em campo magnético, necessário ao funcionamento de motores, transformadores e reatores.

• Sua unidade de medida é o volt‐ampère reativo (VAr).

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EXERCÍCIOS

1. Defina os tipos de materiais quanto a passagem de eletricidade. Forneça exemplos.

2. Diferencie tensão, corrente e resistência elétrica.

3. Diferencie potência ativa de potência reativa.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• FERREIRA, S. Montagem de Micros para Estudantes e Técnicos de PCs. Axcel: Rio de Janeiro, 2005.

• FEDELI, R.; POLLONI, E.; PERES, F. Introdução à Ciência da Computação. São Paulo: Thomson, 2003.

• http://www.inmetro.gov.br/qualidade/pluguestom adas/cartilha.asp

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