Prof. Dr. Thiago Corrˆea de Freitas
Curso Superior de Tecnologia em Luteria Setor de Educa¸c˜ao Profissional e Tecnologica
Universidade Federal do Paran´a Aula 03
I A unidade de capacitˆancia ´e o farad (F ).
I Na pr´atica utilizam-se subm´ultiplos: µF , nF e pF . I Capacitores podem ser:
I Fixos, possuem valor de capacitˆancia fixa.
I Polarizados, os polos devem ser ligados especificamente. I Vari´aveis, possuem valor de capacitˆancia vari´avel dentro de um
intervalo.
Figura : S´ımbolos dos capacitores fixos, polarizados e vari´aveis. Fonte: Wikipedia.
I Exemplos de capacitores diversos.
I No capacitor eletrol´ıtico, o terminal maior indica polariza¸c˜ao positiva.
I Em outro tipos de capacitor polarizado, existe indica¸c˜ao.
Figura : Aqui temos capacitores fixos (cerˆamico, poli´ester, tˆantalo), polarizado (eletrol´ıtico, ´oleo) e o vari´avel. Fonte: Eletrˆonica did´actica.
I Exemplos de capacitores vari´aveis diversos.
Figura : Capacitores vari´aveis s˜ao indicados pelos valores m´aximo e m´ınimo de capacitˆancia . Fonte: Wikipedia.
I Garrafa de Leyden, um primeiro capacitor.
I Cria¸c˜ao de Pieter van Musschenbroek da Universidade de Leyden, Holanda, em 1745.
Figura : Garrafa de Leyden constru´ıda ao redor de 1745. Fonte: http://www.magnet.fsu.edu/.
I Explicando a garrafa de Leyden
I Capacitor de placas paralelas
Figura : Esquema de um capacitor de placas paralelas. Fonte: alunosonline.com.br.
I Ocupando menos espa¸co e melhorando o capacitor.
Figura : Esquema de um capacitor. Fonte: http://capacitorselect.blogspot.com.br/
I Associa¸c˜ao em s´erie de n capacitores.
I A capacitˆencia Ceq equivalente se calcula como:
1 Ceq = 1 C1 + 1 C2 + ... + 1 Cn 1 Ceq = n X i=1 1 Ci
I Associa¸c˜ao em paralelo de n capacitores.
I A capacitˆancia Ceq equivalente se calcula como:
Ceq= C1+ C2+ ... + Cn Ceq= n X i=1 Ci
I O diodo ´e o dispositivo semicondutor mais simples.
I Por´em, o real entendimento de seu funcionamento depende da Mecˆanica Quˆantica.
Figura : S´ımbolo que representa o diodo, indica¸c˜ao da polariza¸c˜ao dos terminais. Fonte: Wikipedia
I Dopar um semicondutor ´e acrescentar impurezas de forma a produzir um desequil´ıbrio nos portadores de carga.
I Semicondutor tipo n: a impureza faz com que a maioria dos portadores de carga sejam negativos (el´etrons).
I Semicondutor tipo p: a impureza faz com que a maioria dos portadores de carga sejam positivos (buracos ou ausˆencia de el´etrons).
Figura : Esquema de um circuito envolvendo uma bateria, uma lˆampada, uma chave e um diodo. Fonte: http://www.imagesco.com
Figura : Esquema do fluxo de el´etrons e de buracos em uma jun¸c˜ao pn. Fonte: Wikibooks.
I O diodo semicondutor apresenta um comportamento muito interessante, a corrente flui em apenas uma dire¸c˜ao.
I Esse efeito ´e utilizado como chaveamento da corrente el´etrica, permitindo por exemplo a retifica¸c˜ao de sinais CA
transformando-os em CC.
Figura : Exemplos de retifica¸c˜ao CA para CC. Fonte: http://jdauteuil.blogspot.com.br
I Diodo emissor de luz.
Figura : S´ımbolo do LED. Exemplos de LEDs comuns. Fonte: learn.sparkfun.com e Wikipedia.
Figura : Compara¸c˜ao de custos de lˆampadas incandescentes, fluorescentes e de LED. Fonte: drsolek.wordpress.com.
I E todo o conjunto de fenˆ´ omenos associados a campos magn´eticos.
I O magnetismo dos materiais ´e de origem puramente quˆantica.
I Ao contr´ario dos fenˆomenos el´etricos que posuem sua origem em cargas el´etricas, no magnetismo n˜ao existe uma carga magn´etica isolada (monop´olo magn´etico).
I No magnetismo, a origem do campo magn´etico s˜ao os dipolos magn´eticos, que consistem no m´ınimo de um par de p´olos norte-sul.
I At´e hoje n˜ao foram encontrados os monop´olos magn´eticos. Existem in´umeras teorias sobre eles.
Figura : Analogia entre eletricidade e magnetismo. Fonte: http://www-d0.fnal.gov.
I N˜ao ´e poss´ıvel obter um monop´olo magn´etico quebrando um ´ım˜a.
I Mesmo que segu´ıssemos a uma escal atˆomica!
I Sempre ficamos com dois ´ım˜as com um p´olo norte e um p´olo sul cada.
I Da mesma forma que existem linha de campo el´etrico, temos as linhas de campo magn´etico.
I As linhas saem do p´olo norte e chegam ao p´olo sul. I N˜ao existem linhas de campo magn´etico abertas.
Figura : Campo magn´etico de um ´ım˜a em forma de barra. Fonte: http://www.antenna-theory.com.
Figura : O el´etron possui um momento de dipolo magn´etico instr´ınseco. Fonte: http://www.princenton.edu.
I Diamagnetismo: a magnetiza¸c˜ao ´e oposta a do campo magn´etico aplicado, levando a uma susceptibilidade negativa. I Paramagnetismo: os ´atomos ou mol´eculas possuem momento
magn´etico resultante, o qual pode se alinhar na dire¸c˜ao do campo magn´etico aplicado, a susceptibilidade ´e positiva por´em, pequena.
I Ferromagnetismo: algumas substˆancias possuem momento magn´etico resultante que se alinham a um campo magn´etico e a magnetiza¸c˜ao persiste mesmo ap´os a remo¸c˜ao do campo magn´etico. O ferromagnetismo ocorre apenas dentro de uma faixa de temperatura.
I Em um s´olido, o magnetismo ´e oriundo dos dom´ınios magn´eticos.
I Os dom´ınios s˜ao como se fossem ´ım˜as microsc´opicos cujo campo magn´etico est´a em uma determinada orienta¸c˜ao. I Um peda¸co de ferro possui seus dom´ınios magn´eticos
orientados aleat´oriamente.
I Quando um campo magn´etico ´e aplicado, os dom´ınios se orientam e o peda¸co de ferro passa a ter magnetiza¸c˜ao permanente.
Figura : Dom´ınios magn´eticos antes e depois da aplica¸c˜ao de um campo magn´etico. Fonte: agsuperscience.blogspot.com.
Figura :´Im˜a de neod´ımio. Listras claras e escuras s˜ao os dom´ınios
Como desmagnetizar um ´ım˜a?
I Aplicando campos magn´eticos externos de orienta¸c˜ao contr´aria. Isso for¸ca os dom´ınios a tomarem outras orienta¸c˜oes.
I Aquecendo o ´ım˜a. O movimento t´ermico dos ´atomos tende a desalinar os dom´ınios magn´eticos.
I Choques mecˆanicos. Tem efeito semelhante ao aquecimento, uma vez que desorientam os dom´ınios magn´eticos.
I Tamb´em conhecidos como cerˆamicos, esta fam´ılia aparece no mercado em 1952.
I O processo de fabrico consiste na pulveriza¸c˜ao das mat´erias-primas at´e a forma¸c˜ao de mono-cristais.
I Este composto ´e ent˜ao prensado numa forma sob a influˆencia de um campo magn´etico orientado.
I Ap´os esta compacta¸c˜ao, o material ´e sintetizado em fornos especiais e moldado para os formatos e dimens˜oes desejados. I Hoje em dia, os im˜as cerˆamicos s˜ao os que possuem menor
custo. S˜ao resistentes `a corros˜ao, ´acidos, sais lubrificantes e gases.
I Max. Temperatura de trabalho 250 oC. Exemplos de aplica¸c˜oes: alto-falantes, motores CC, sensores.
I Alnico s˜ao ligas de Fe (Ferro) contendo Al (Alum´ınio), Ni N´ıquel e Co (Cobalto), al´em de outros elementos.
I As ligas Alnico foram descobertas na d´ecada de 1920, e permitiram a produ¸c˜ao industrial de im˜as artificiais com indu¸c˜ao magn´etica muito superior `a dos naturais.
I Um im˜a de Alnico ´e capaz de levantar mais de 1000 vezes seu pr´oprio peso.
I Os im˜as de Alnico tˆem grande estabilidade t´ermica, ou seja, mantˆem as suas caracter´ısticas numa faixa de temperatura muito larga, de aproximadamente -250◦C a 550◦C.
I O material ´e ainda resistente `a oxida¸c˜ao. As suas principais aplica¸c˜oes s˜ao alto-falantes, motores el´ectricos e geradores de pequeno porte, etc. Foram tamb´em muito usados em
instrumentos de medida, como veloc´ımetros, tac´ografos, medidores de energia el´ectrica, etc.
I Os im˜as de Sam´ario-Cobalto (SmCo) foram desenvolvidos em 1960, como resultado da pesquisa de novos materiais
magn´eticos baseados em ligas de Fe, Co, Ni e Terras Raras. I S˜ao produzidos prensando-se as ligas pulverizadas, no formato
final. Posteriormente s˜ao sinterizados a altas temperaturas. I Apesar das excelentes propriedades magn´eticas e resistˆencia ´as
temperaturas (at´e 250oC), o alto custo pode limitar suas aplica¸c˜oes. Possuem razo´avel resistˆencia `a corros˜ao e n˜ao necessitam de revestimentos particulares.
I Devido `a sua elevada fragilidade, devem ser manuseados com cuidado. Max. Temperatura de trabalho: 250oC Exemplos de
I Um ´ım˜a de neod´ımio ´e um im˜a feito a partir de uma combina¸c˜ao de neod´ımio, ferro e boro, tamb´em conhecidos como Terras Raras, entraram no mercado em 1980.
I Os im˜as de NdFeB s˜ao produzidos pelo compacta¸c˜ao de ligas pulverizadas. Possuem as melhores propriedades de todos os im˜as existentes e uma incr´ıvel rela¸c˜ao indu¸c˜ao/peso.
I S˜ao normalmente niquelados, zincados ou revestidos com resina ep´oxi por serem altamente suscept´ıveis a corros˜ao. I Este tipo de im˜a ´e muito poderoso em compara¸c˜ao com a sua
massa, mas tamb´em ´e mecˆanicamente fr´agil e perde seu magnetismo em temperaturas entre 70oC e 180◦C.
I Devido ao seu custo mais baixo, tˆem substitu´ıdo os im˜as de sam´ario-cobalto na maioria das aplica¸c˜oes, que s˜ao
ligeiramente mais fracos e significamente mais resistentes `a temperatura. Exemplos de aplica¸c˜oes: alto-falantes, discos rig´ıdos, geradores e´olicos, equipamentos eletrˆonicos.
Figura : Apenas Fe, Co e Ni s˜ao magn´eticos em n´ıvel atˆomico. Fonte: 1tvg.com
Unidades de medida de campo magn´etico I tesla (T) (equivalente a newton.segundocoulomb.metro ).
I gauss (G) 1T=10.000G
I O campo magn´etico da Terra varia de 25.000 at´e 65.000 nT ou 0,25 at´e 0,65 G.
I C. Fowler Fundamentos de Eletricidade 2. 7.ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
I Cap´ıtulo 10 - Teste seus conhecimentos: 1, 2, 3, 5, 7, 8, 11, 12, 13, 15, 18, 20, 21, 22, 23, 26, 31,37,42, 62, 63.
I C. Fowler Fundamentos de Eletricidade 1. 7.ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
I Cap´ıtulo 7 - Teste seus conhecimentos: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 38, 39, 40, 45, 46, 47.
