Circuitos de Corrente Contínua. Unidade 03 Circuitos de Corrente Contínua

Transcrição

1 Circuitos de Corrente Contínua Prof. Edwar Saliba Júnior Julho de

2 Eletricidade Fenômeno físico atribuído a cargas elétricas estáticas ou em movimento; Quando o assunto é eletricidade, precisamos definir claramente o que é: Eletrostática e Eletrodinâmica. 2

3 Eletrostática Se preocupa com o estudo de carga elétrica em repouso; Trata de temas relacionados com a força de interação entre: carga elétrica, carga elétrica elementar, processos de eletrização, descarga elétrica, dentre outros... 3

4 Eletrodinâmica Estuda a carga elétrica em movimento num circuito; Na eletrodinâmica os circuitos são classificados em: circuitos de corrente contínua (CC), circuitos de corrente alternada (CA). 4

5 Tensão Elétrica É uma grandeza elétrica também chamada de ddp (diferença de potencial), fem (força eletromotriz) e queda de tensão; É a capacidade que a carga elétrica tem de realizar trabalho; É uma grandeza mensurável, quando desejar medi-la, poderá utilizar um instrumento chamado Voltímetro. 5

6 Analogia Analogia entre líquidos e tensão elétrica. 6

7 O circuito elétrico é um caminho fechado pelo qual passa a carga elétrica. Circuito Elétrico 7

8 Corrente Elétrica É a movimentação ordenada de cargas elétricas num condutor; Para efeito de análise a corrente elétrica poderá circular em dois sentidos: real resultante do movimento de cargas negativas; convencional resultante do movimento de cargas positivas. 8

9 Corrente Elétrica A intensidade da corrente elétrica pode ser determinada através da fórmula: Onde: I= Δ Q Δ t I = corrente elétrica ΔQ = variação da carga em Coulombs Δt = variação do tempo em segundos. 9

10 Corrente Elétrica Através da primeira fórmula, podemos deduzir outras duas: para calcular a varição de tempo (conhecendo os valores de carga e corrente); para calcular a variação da carga (conhecendo os valores de corrente e tempo). Δ t = Δ Q I Δ Q=Δ t I 10

11 Geradores de Tensão As fontes de tensão elétrica ou geradores de tensão são elementos capazes de transformar engergia (química, nuclear, térmica, hidráulica) em energia elétrica, mantendo uma diferença de potencial ddp (tensão elétrica) em seus terminais; Você conhece algum gerador de tensão? 11

12 Geradores de Tensão A pilha, a bateria e o gerador são exemplos de fontes de tensão; Existem dois tipos de geradores: gerador de tensão de corrente contínua e gerador de tensão de corrente alternada. 12

13 Gerador de Tensão de Corrente Contínua Fornece uma tensão que não varia com o tempo. Ela é constante. 13

14 Gerador de Tensão de Corrente Alternada Fornece uma tensão que não varia com o tempo. Ela é constante. 14

15 Resistor Representa resistência a passagem de corrente elétrica; Transforma a energia recebida em outro tipo de energia; Exemplos: calor ou energia térmica no caso do chuveiro elétrico; movimento ou energia mecânica no caso de motores elétricos; luz no caso de lâmpadas. 15

16 Problema Durante 10s uma seção transversal de um condutor foi atravessada por 0,2C de carga. Qual é a intensidade da corrente no condutor? 16

17 Resposta 17

18 Carga Quando se liga uma carga na rede elétrica ela pode consumir energia; Esta carga também pode oferecer resistência a passagem de corrente elétrica; São exemplos de carga: computador, lâmpada, aparelho de som e etc. 18

19 Tipos de Cargas Existem basicamente três tipos de cargas: puramente resistivas, puramente indutivas e puramenbte capacitivas. 19

20 Puramente Resistiva São cargas que dissipam a energia; Podem ser representadas eletricamente por uma resistência; Exemplos: lâmpada incandescente e chuveiro elétrico. 20

21 Puramente Indutiva São cargas que não dissipam potência; Amarzenam energia em seu campo magnético; Podem ser formadas por um fio enrolado num núcleo de ferro; Se opõe a variação de corrente; Exemplo: motores elétricos. 21

22 Puramente Capacitiva São cargas capazes de armazenar cargas elétricas; Se opõe a variação de tensão; São dispositivos formados por duas placas condutoras, separadas por um material isolante; Exemplo: capacitor. 22

23 Resistência Elétrica No sistema internacional, a unidade de resistência elétrica é o ohm (Ω); Como símbolo de resistência elétrica utilizaremos a letra R; O instrumento utilizado para medir a resistência elétrica se chama: ohmímetro; Para representar uma resistência num circuito elétrico, utilizamos o seguinte desenho: 23

24 Lei de Ohm A lei de Ohm nos diz que a relação entre a tensão elétrica aplicada no circuito e a corrente é igual a uma constante chamada de resistência elétrica, ou seja: Onde: R= V I V = tensão elétrica em volt R = resistência elétrica em ohm I = corrente elétrica em ampere. 24

25 Lei de Ohm A lei de Ohm diz que a resistência é igual a tensão, aquela que surge entre os terminais do resistor, dividida pela corrente que circula neste mesmo resistor; Exemplo: Aplicando a lei de Ohm: R= 10 2 =5 Ω 25

26 Derivações Para calcular a tensão (conhecendo a resistência e a corrente) utilizamos: Para calcular a corrente (conhecendo a tensão e a resistência) utilizamos: V = R I I= V R 26

27 Exemplo 1 Um fio de cobre ao ser submetido a uma tensão de 24V, deixa passar uma corrente de 0,2A. Qual é o valor da resistência do fio? 27

28 Exemplo 2 A resistência de um condutor é 20Ω. Calcule a intensidade da corrente quando este condutor for submetido a uma tensão de 9V. 28

29 Exemplo 3 Uma resistência de 5000Ω é percorrida por uma corrente de 0,003A. Calcular a tensão nos terminais da resistência. 29

30 Exercícios 30

31 Potência Elétrica Um condutor quando percorrido por uma corrente elétrica fica aquecido. Por quê? 31

32 Resposta: Potência Elétrica O aquecimento é devido ao choque de elétrons livres contra os átomos. Assim a energia elétrica é transformada em calor. A esta transformação dá-se o nome de efeito Joule ou perda de Joule. Temos então: P=V I 32

33 Manipulando a Fórmula Podemos achar a tensão (se soubermos a potência e a corrente): Podemos achar a corrente (se soubermos a potência e a tensão): V = P I I= P V 33

34 Mais Fórmulas Sabemos que: I= V R E também que: P=V I Substituindo I : V = P R 34

35 Mais Manipulações Sabemos que: V = R I E também que: P=V I Substituindo: I= P R R= P I 2 35

36 Exemplo 1 Calcular a potência dissapa em calor quando um resistor de 100Ω é submetido a uma tensão de 10V. 36

37 Exemplo 2 Um aquecedor de ambientes tem as seguintes especificações: 2000W/110V. Calcular a resistência do aquecedor; Calcular a corrente. 37

38 Associação de Resistores Dois ou mais resistores podem ser associados em numa configuração: série, paralela e mista. Quando temos uma associação de resistores, podemos substituir esta associação por um único resistor denominado Resistor Equivalente (R e ). 38

39 Observe as Figuras 39

40 Associação em Série de Resistores Considerações: Todos os resistores são percorridos pela mesma corrente I : I 1 =I 2 =I 3 =...=I n A Tensão Total (V t ) é igual a soma das tensões que surgem nos terminais de cada resistor: V t =V 1 +V 2 +V V n 40

41 Associação em Série de Resistores Considerações: A Potência Total (P t ) é a soma das potências individuais dissipadas em cada resistor: P t =P 1 +P 2 +P P n O Resistor Equivalente (R e ) tem resistência igual a soma das resistências individuais da associação em série: R e =R 1 +R 2 +R R n 41

42 Associação em Série de Resistores Transformando: Se R e =R 1 +R 2 +R R n então podemos reescrever o circuito acima, assim: 42

43 Vale Destacar! Nas associações em série de resistores temos: mesma corrente, soma de tensões, soma de resistores e soma de potências. 43

44 Exemplo 1 Dois resistores, R 1 =4 e R 2 =6, estão ligados em série. Uma tensão de 50V é aplicada na associação. Pede-se: O Resistor Equivalente, A tensão e a corrente nos resistores, A potência dissapada no resistor equivalente. 44

45 Resolvendo 45

46 Resolvendo 46

47 Exemplo 2 Quatro resistores; R 1 =10Ω, R 2 =20Ω, R 3 =40Ω e R 4 =80Ω; estão ligados em série. Sabendose que a tensão é de 20V em R3, calcule: o resistor equivalente, a tensão dos resistores e a potência dissipada na associação. 47

48 Resolvendo 48

49 Resolvendo 49

50 Associação Paralela de Resistores Une-se o terminal 1 de R 1 com o terminal 1 de R 2 e o terminal 2 de R 1 com o terminal 2 de R 2. 50

51 Associação Paralela de Resistores Característica 1: Todos os resistores apresentam a mesma tensão. Porquê a fonte de tensão está conectada nos terminais 1 e 2 de cada resistor; V t =V 1 =V 2 =V 3 =...=V n 51

52 Associação Paralela de Resistores Característica 2: A Corrente Total (I t ) é a soma das correntes em cada resistor. (Analogia: se você construir um cano no formato do circuito e ligar uma torneira no terminal positivo de V t, a água vai ficar se dividindo, descendo pelos resistores. O mesmo ocorre com a corrente elétrica.); I t =I 1 +I 2 +I I n 52

53 Associação Paralela de Resistores Característica 3: A Potência Total (P t ) é a soma das potências individuais dissipadas em cada resistor; P t =P 1 +P 2 +P P n 53

54 Associação Paralela de Resistores Característica 4: O Inverso da Resistência Equivalente (1/R e ) é igual a soma do inverso das resistências; 1/R e =1/R 1 +1/R 2 +1/R /R n 54

55 Vale Destacar! A associação paralela de resistores apresenta: mesma tensão, soma das correntes e soma das potências. Especificamente para dois resistores em paralelo, temos: R e = R 1 R 2 R 1 +R 2 55

56 Exemplo 1 Os resistores R 1 =10Ω, R 2 =20Ω e R 3 =30Ω estão em paralelo. Calcule a resistência equivalente. 56

57 Exemplo 1 Os resistores R 1 =10Ω, R 2 =20Ω e R 3 =30Ω estão em paralelo. Calcule a resistência equivalente (outra maneira de resolver). 57

58 Associação Mista de Resistores Existem resistores ligados em série e também em paralelo; Não existe uma fórmula pronta para calcular a resistência equivalente a associação mista; Para simplificar o circuito, resolva as associações em série e paralelas individualmente. Depois repita a operação até encontrar um único valor de resistência. 58

59 Exemplo 1 Calcule a resistência equivalente entre A e B. Onde R 1 =40Ω, R 2 =60Ω, R 3 =24Ω, R 4 =18Ω, R 5 =20Ω e R 6 =5Ω. 59

60 Resolvendo 60

61 Resolvendo 61

62 Exemplo 2 Calcule a resistência equivalente entre A e B. Onde R 1 =10Ω, R 2 =20Ω e R 3 =30Ω. 62

63 Resolvendo 63

64 Bibliografia MENDES, Filomena. Eletricidade Básica. Disponível em: < 11/PE091/Anexos/Inform%E1tica_M %F3dulo_I/ELETRICIDADE_BASICA/ELETRICIDADE_BASICA.p df> Acesso em: 15 jul TANENBAUM, Andrew S.; WETHERALL, David. Redes de Computadores. 5 a. ed., São Paulo: Pearson Prentice Hall,