Eletricidade Básica. Prof. Ribeiro

Transcrição

1 Eletricidade Básica Prof. Ribeiro

2 Regras do Jogo Carga horária de 20 aulas; Conteúdo elaborado e/ou indicado pelo professor; Serão realizadas duas avaliações objetivas com consulta a formulário; Será solicitado um trabalho final para composição de nota;

3 Justificativa: Eletricidade Básica Aula 1 O estudo da Eletricidade no curso de formação do mecânico de aeronaves se deve a forte presença de sistemas elétricos e eletrônicos embarcados que tanto auxiliam quanto asseguram a atividade aérea. Um entendimento conceitual sobre o assunto será o ponto de partida para o desenvolvimento de disciplinas de formação profissional essenciais para a operação e manutenção das aeronaves.

4 Introdução: A eletricidade é a parte da Física que estuda todos os fenômenos associados a uma propriedade física denominada Carga Elétrica. O estudo da Eletricidade se divide em: Eletrostática; Eletrodinâmica; Eletromagnetismo.

5 Conceitos Iniciais Para entender a origem da Eletricidade primeiramente é necessário entender a estrutura da matéria, seus constituintes e propriedades; Sendo assim definiremos:

6 Definição: A Matéria É tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. O menor representante da Matéria que mantém suas características Físico-Químicas é a Molécula.

7 A matéria é composta de moléculas, que representam cadeias de partículas menores denominadas átomos; O átomo era tido na recente história da física moderna como a menor parte da matéria. Existem na natureza vários átomos combinados entre si compondo a matéria como a conhecemos.

8 Os átomos descobertos até os dias de hoje estão agrupados na forma de tabela. Esta tabela é denominada Periódica e reúne todos os elementos químicos em suas respectivas propriedades. Para o estudo da eletricidade uma das características mais importantes sobre os elementos, é aquela que os define segundo a seguinte classificação:

9 METAIS Empregados na fabricação de condutores; NÃO METAIS Empregados na fabricação de Isolantes; SEMI-METAIS Empregados na fabricação de semicondutores;

10 O Átomo Definição: Base da matéria e menor partícula possível a qual um elemento químico pode ser dividido; O átomo é constituído ainda por três partículas elementares denominadas:

11 - Prótons, Nêutrons e Elétrons. Cada qual com suas respectivas características e localização dentro do átomo segundo uma organização prédefinida. Por muitos anos um modelo atômico foi muito difundido e empregado no estudo dos átomos, este modelo é o Modelo Atômico de Rutherford.

12 Exemplo de Átomo segundo Rutherford A estabilidade do átomo se deve a forças de ordem elétrica entre núcleo e eletrosfera e por esta razão uma convenção estabeleceu que:

13 Os prótons possuem carga elétrica positiva; Os elétrons possuem carga elétrica negativa; Os nêutrons não tem carga.

14 Como os elétrons estão espalhados ao redor do núcleo por regiões denominadas Camadas, afirma-se que elétrons mais próximos ao núcleo sofrem uma forma maior de atração enquanto que os elétrons mais distantes sofrem menor força de atração. Os elétrons mais distantes podem, eventualmente, ao receberem uma energia extra, se desprender do domínio do átomo se tornando um Elétron Livre.

15 É a quantidade de elétrons livres presentes no material que o caracteriza como condutor, isolante e semicondutor.

16 Carga Elétrica A carga elétrica é resultado da quantidade de elétrons e prótons presentes no átomo. A carga elétrica de uma única partícula é dada por: qe = 1,6 x (Coulomb) Esta carga é dita elementar (qe) e é: Positivo para Prótons (+qe) e Negativo para Elétrons (-qe).

17 Quando em um átomo a quantidade de elétrons for igual a quantidade de prótons, este átomo é dito neutro. Isso é igualmente verdade para objetos maiores, constituídos de incontáveis átomos. A carga elétrica será equivalente a quantidade de partículas presentes no material. Logo: Q = n x q (C)

18 Onde: Q = Carga Elétrica (dada em Coulomb); n = Quantidade de Partículas (prótons ou elétrons); qe = Carga elementar; Quando em um objeto o saldo de cargas elétricas não for nulo, ou seja, Qp + Qe 0, significará que este objeto está eletrizado. Havendo esta carga líquida positiva ou negativa, fenômenos de ordem eletrostática ocorrerão ao redor deste objeto.

19 Definição: Eletricidade Estática A eletricidade estática (eletrostática) estuda os efeitos produzidos por cargas elétricas em repouso. Ocorre pela deficiência ou excesso de elétrons presentes nos objetos.

20 Características da Eletrostática: - Possui pouca aplicação prática, exceto em sistemas de proteção; - Sua produção e controle são pouco tangíveis; - Para eletrizar objetos, três são os processos de eletrização a saber:

21 Processos de Eletrização Eletrização por Atrito Ocorre quando dois materiais são friccionados entre si. Neste processo, elétrons das camadas mais distantes são arrancados de um átomo e transferidos para outro. Exemplo: Ao se atritar um bastão de vidro com lã, o bastão torna-se positivo e a lã negativa.

22 Agora, um bastão carregado eletricamente pode ser utilizado para eletrizar outros objetos apenas pelo contato.

23 Eletrização por Contato Decorre do contato propriamente dito realizado entre um objeto carregado e outro eletricamente neutro. As cargas em excesso tendem a se equilibrar entre os objetos.

24 Nos aviões é comum a tendência de acumular cargas na fuselagem devido ao atrito do avião com o ar. Para evitar descargas sobre pessoas após o pouso, contatos localizados nos trens de pouso ajudam a dissipar as cargas elétricas.

25 Eletrização por Indução É aquela que ocorre pela influência de um objeto carregado próximo a outro eletricamente neutro. Neste processo não há contato entre os objetos.

26 Corpo sendo eletrizada por indução a partir de uma esfera carregada:

27 Princípio Fundamental da Eletrostática Aula 2 As cargas podem ser positivas, negativas e neutras; Cargas de sinais diferentes se atraem; Cargas de mesmo sinal se repelem;

28 Campo Eletrostático É um campo de força criado em torno do corpo carregado; É representado por linhas de força; As linhas de força ajudam a explicar como é o campo eletrostático; Pelas linhas de força são atribuídas ao campo direção, sentido e intensidade.

29 Carga de Prova Carga de prova é uma carga elétrica tão pequena que não é capaz de modificar significativamente o campo elétrico produzido por outra carga maior; A carga maior é denominada carga fonte (Q) e a carga menor é denominada carga de prova (+q); A carga de prova serve para testar o campo eletrostático da carga fonte; A Carga de Prova é arbitrariamente Positiva (+q);

30 Observe os casos: 1. ) Carga fonte Positiva próxima a uma carga de prova Positiva; 2. ) Carga fonte Negativa próxima a uma carga de prova Positiva;

31 Observe que o sentido de deslocamento da carga de prova indica o sentido do campo. Então, por convenção tem-se que: - Nas cargas positivas o campo elétrico Sai ; - Nas cargas negativas o campo elétrico Entra ;

32 Havendo um dipolo (+Q) e (-Q) As linhas se estendem da carga positiva para a carga negativa tal como as linhas de campo de um ímã de pólos Norte e Sul.

33 Havendo duas cargas de mesmo sinal Sejam estas cargas de mesmo sinal positivas ou negativas, as linhas de força se repelem sem entrarem em contato.

34 Características das linhas de força As linhas não se cruzam; São contínuas; A intensidade do campo elétrico é tanto maior quanto mais concentradas estão as linhas de força;

35 Distribuição de Cargas Considere inicialmente dois tipos de corpos: Superfície Regular e Superfície Não Regular; Corpos que possuem uma superfície regular, oferecem uma resistência uniforme em sua superfície que resulta em uma distribuição uniforme de cargas (elétrons); As distribuições uniformes ocorrem comumente em discos, anéis e esferas, tal como o exemplo a seguir:

36 Já a distribuição de cargas num objeto de forma irregular é diferente. A maior concentração de carga dá-se nas extremidades, ou áreas de curvatura mais acentuada. Este fenômeno é denominado Poder das Pontas.

37 Poder das Pontas A carga elétrica de um corpo distribui-se apenas pela superfície exterior do corpo e concentra-se nas zonas mais pontiagudas, rarefazendo nas restantes; Na proximidade dos corpos existem sempre no ar moléculas ionizadas que trocam cargas com os objetos; A origem está relacionada com a facilidade encontrada pelo corpo em trocar cargas com partículas ionizadas presentes no ar nas regiões agudas;

38 Por Que a Eletricidade Estática é Relevante na Aviação?

39 Devido aos efeitos que a eletricidade estática pode ter sobre as operações e procedimentos de manutenção; Devido a interferência que esta pode produzir sobre os sistemas de comunicação, navegação e telemetria; Não se pode ignorar o fato de que a aeronave (fuselagem) carrega consideráveis níveis de carga estática quando em deslocamento através da massa de ar;

40 Na prática, inúmeros são os cuidados adotados para minimizar ou anular os efeitos da eletricidade estática: As peças da aeronave precisam ser "unidas ou ligadas entre si para prover um caminho de baixa resistência para a descarga estática; Equipamentos de rádio precisam ser blindados;

41 Cargas estáticas precisam ser consideradas no reabastecimento da aeronave para prevenir possível ignição do combustível, sendo necessário para isso aterrar a estrutura da aeronave; (vídeo);