Cap1-Conceitos Fundamentais

Capítulo 1- Conceitos Fundamentais

Prof. Marco Pereira

Diagramas de Circuitos Elétricos

Diagrama esquemático:

Diagramas de Circuitos Elétricos

A representação de circuitos elétricos é efectuada através de diagramas. Diagrama de blocos:

Corrente elétrica

Intensidade de corrente eléctrica: Carga total que passa num determinado sentido

na secção recta do condutor por unidade de tempo.

𝐼 =

∆𝑄

∆𝑡

Nota: 1 A equivale a 1 C por segundo de cargas que passam na secção transversal do fio. Não interessa se é no início, a meio ou no final do fio condutor porque pelo princípio da conservação o número de cargas que entram é igual ao número de

Corrente elétrica

Quando a corrente elétrica não é constante no tempo:

𝑖 𝑡 =

𝑑𝑞 𝑡

𝑑𝑡

Para o estudo da eletrotecnia apenas interessa considerar duas situações do estado da corrente:

• Corrente direta ou contínua (DC), a corrente é constante ao longo do tempo.

• Corrente alternada (AC), a corrente muda de amplitude e de direção ciclicamente numa forma sinusoidal.

Tensão Elétrica

Potencial elétrico corresponde ao valor de cargas acumuladas num ponto ou corpo,

e mede-se em Volts [V]. Nos circuitos elétricos um nó e todos os fios elétricos ligados a esse nó têm sempre o mesmo valor de potencial.

Tensão elétrica é a diferença de potencial (ddp) entre dois pontos. Corresponde a

um “estado de tensão” que há entre um local que tem cargas e outro local que tem falta de cargas, sendo que se houver caminho de ligação entre os pontos, as cargas migram de um ponto para outro para estabelecer-se o equilíbrio (produzindo uma corrente eléctrica). A tensão eléctrica mede-se em Volts [V].

+

1V

-3V

Potêncial elétrico

Diferença de potencial elétrico ou

Tensão elétrica

Dispositivos elétricos

Qualquer dipositivo eléctrico tem sempre uma dada tensão entre portos e uma dada corrente em cada porto.

I_A

V

V

V

V

Fontes independentes

Fonte de tensão contínua - Independentemente da rede, é gerada uma diferença de

potencial constante aos seus terminais.

Exemplos:

E

I (A) E (V)

Fontes independentes

Fonte de corrente contínua - Independentemente da rede, é gerada uma

intensidade de corrente constante aos seus terminais.

Exemplos:

I

I (A)

Interruptores, fusíveis e disjuntores

Interruptor é um dispositivo que permite a passagem ou não de corrente num ramo.

Interruptor de comutação é um dispositivo que comuta entre dois ou mais caminhos.

Conhecido por interruptor de dois ou mais polos.

Interruptores, fusíveis e disjuntores

Fusível é um dispositivo de proteção em corrente para circuitos elétricos. Quando

passa um determinado valor máximo de corrente (valor nominal) o fusível interrompe o circuito permanentemente.

Disjuntor é um dispositivo de proteção em corrente para circuitos elétricos. Quando

passa um determinado valor máximo de corrente (valor nominal) o fusível interrompe o circuito temporariamente. De forma geral, o disjuntor desliga-se automaticamente e é ligado manualmente.

1 A 1 A

Resistência

Resistência é a quantificação da resistividade em função do tipo de material usado (𝜌),

do comprimento (l) e da secção (A).

𝑅 = 𝜌 𝑙

𝐴

Unidade no S.I.:

R – resistência  ohm (Ω)

𝜌 – resistividade  ohm x metro (Ω x m) l – comprimento  metro (m)

Tipos de resistência

Condutância

Condutância é o inverso da resistênca.

Unidade no S.I.:

G – indutância  Siemens (S) 𝜎 - condutividade  (Ωx m)-1

l - comprimento metro (m) S - secção  metro quadrado(m2)

G =

𝑹

= 𝜎

𝑺 𝒍

Fontes dependentes são utilizados nos esquemas equivalentes dos dispositivos e

sistemas eletrónicos. Exemplo: transístores, conversores...

Fonte de tensão comandada por tensão (VCVS)

Fonte de tensão comandada por corrente (CCVS)

Componentes em Série ou Paralelo

Componentes em

Série

Componentes em

Paralelo

Malhas, ramos e nós

As seguintes designações são muito usadas em esquemas elétricos:

Ramo: parte de um circuito constituída por um elemento ou conjunto de elementos

ligados em série e onde portanto a intensidade de corrente é a mesma.

Nó: ponto do circuito onde se unem três ou mais ramos.

Caminho Fechado: caminho fechado formado por um ou mais ramos .

Lei de Ohm

Lei de Ohm é a relação entre a queda de tensão (ddp) e intensidade de corrente numa

resistência.

𝐼 = 𝑉

𝑅 ⇔ 𝑉 = 𝑅 𝐼

Nota: numa resistência a queda de tensão (ddp) tem o mesmo sentido da corrente.

Tipos de resistência

Resistência variável é uma resistência que muda de valor consoante a posição de

êmbolo mecânico. Típicamente tem três terminais elêtricos [a,b,c], a resistência R_ac é fixa e as resistências R_ab e R_bc são variáveis tal que:

Funções básicas:

𝑅_𝑎𝑐 = 𝑅_𝑎𝑏 + 𝑅_𝑏𝑐

Medir tensão

Voltímetro dispositivo que mede queda de tensão (ddp) entre dois pontos do circuito. A

leitura é sempre feita em paralelo.

Pontas de prova

Medir corrente

Amperímetro dispositivo que mede a corrente eléctrica que passa num determinado

ramo. A leitura é sempre feita em série.

Ponta de prova de saída

Ponta de prova de entrada

Medir resistências

Ohmímetro dispositivo que mede o valor da resistência eléctrica. A medição deve ser

feita de forma isolada do circuito, ou seja, não é indicado medir a resistência quando está montada no circuito.

Pontas de prova crocodilo

Potência eléctrica

A potência eléctrica que entra num circuito através de um acesso é

P=

= V I

P – potência elétrica em Watt (W) I – corrente no dispositivo (A)

V – tensão aos terminais do dispositivo (V)

𝑾_{𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕} 𝒕 Circuito elétrico + -V I

P = V I

Potência eléctrica

Dependendo do circuito, a potência pode ser positiva ou negativa:

Energia Eléctrica

Energia eléctrica é a capacidade da corrente e tensão eléctrica gerarem trabalho.

W_elec– energia elétrica (W.s ou kWh) I – corrente no dispositivo (A)

V – tensão aos terminais do dispositivo (V) t – espaço temporal (s)

Lei de Joule

Lei de Joule representa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre uma condutor num determinado tempo. Uma resistência é dispositivo que transforma a energia elétrica em calor.

• Qual razão da transferência de energia ser feita em “alta tensão”?

Potência numa resistência:

W

= I

R t

W_Joule– calor ou energia dissipada num condutor (Ws ou kWh)

I – corrente que percorre o condutor (A) R – resistência do condutor (Ohms)

t – espaço temporal em que a corrente percorreu o condutor (s ou h)

Exercício – Energia elétrica

Considere uma bateria de 40 ampere-hora com uma tensão de 12V, a qual alimenta uma lâmpada de 24W (bateria de automóvel ligada à luz da cabine).

a) Indique o valor da energia armazenada inicialmente na bateria expressa em watt-hora.