O que é um circuito eléctrico?

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1 SISTEMAS ELÉCTRICOS E ELECTRÓNICOS A produção em larga escala é recente e revolucionou por completo o nosso dia-a-dia A electricidade é tão antiga como o Universo! O que é um circuito eléctrico? Éum conjunto de elementos ou componentes ligados com uma determinada disposição. Circuito significa que a posição de partida e a posição de chegada coincidem, estando ele fechado Os componentes são representados por símbolos normalizados Mai-09 Dulce Godinho 2 1

2 Quais são os constituintes de um circuito eléctrico? Nos circuito eléctrico há: - Uma fonte de energia eléctrica - Receptores de energia eléctrica - Interruptores que permitem ligar ou desligar os receptores. Mai-09 Dulce Godinho 3 Símbolos normalizados (com uso internacional) Permitem a visualização rápida e simples, bem como a projecção dos circuitos Mai-09 Dulce Godinho 4 2

3 Como se esquematiza um circuito eléctrico? Os circuitos eléctricos representam-se por meio de um esquema. A cada dispositivo faz-se corresponder um símbolo próprio. A B B-interruptor A- pilha C- motor C Mai-09 Dulce Godinho 5 Como se instalam receptores num circuito eléctrico? É possível instalar num circuito eléctrico mais do que um receptor. A instalação pode fazer-se em duas maneiras: em série ou em paralelo. 1-interruptor 2- pilha 3- lâmpada Só há um caminho Há mais do que um caminho 1-interruptor 2- pilha 3- lâmpada 4 nó 5 circuito principal 6 - ramal Mai-09 Dulce Godinho 6 3

4 O que são bons condutores e maus condutores eléctricos? Bons condutores ou condutores eléctricos são materiais através dos quais a corrente eléctrica passa. metais grafite PORQUÊ? Maus condutores ou isoladores eléctricos são materiais através dos quais a corrente eléctrica não passa. Madeira borracha plástico Mai-09 Dulce Godinho 7 Como é constituída a matéria? A matéria é constituída por corpúsculos, podem ser: - átomos - moléculas grupos de átomos - iões resultam de átomos. Quando perdem electrões originam iões positivos. Quando ganham electrões originam iões negativos. Núcleo Nuvem electrónica Mai-09 Dulce Godinho 8 4

5 Como são constituídos os metais? Ligação Metálica Fio de Cobre Mai-09 Dulce Godinho 9 O que é a corrente eléctrica? A corrente eléctrica é todo o movimento ordenado de cargas. Electrões, nos metais e na grafite Iões positivos e negativos, nas soluções condutoras Mai-09 Dulce Godinho 10 5

6 A corrente eléctrica tem sentido? Sim. O sentido convencional - do pólo positivo para o pólo negativo. O sentido real do pólo negativo para o pólo positivo Sentido convencional Sentido real sentido dos electrões Mai-09 Dulce Godinho 11 A corrente eléctrica pode ser contínua ou alternada. Quando? A corrente contínua, DC ou =, quando não muda de sentido. O corrente alternada ou alterna, AC ou ~, quando muda periodicamente de sentido. corrente alternada corrente contínua Mai-09 Dulce Godinho 12 6

7 A grandeza física que está relacionada com o número de cargas eléctricas que passam num circuito é Intensidade da corrente Nome Grandeza física Intensidade da corrente Unidade SI Aparelho de medida Símbolo Mai-09 Dulce Godinho 13 A intensidade da corrente em circuitos com lâmpadas associadas em: série paralelo tem o mesmo valor em qualquer ponto I = I 1 = I 2 = I 3 = a intensidade da corrente no circuito principal é idêntica à soma da intensidade da corrente nos vários ramais. I = I 1 + I 2 + I 3 + Mai-09 Dulce Godinho 14 7

8 A grandeza física que está relacionada com a energia fornecida às cargas eléctricas é diferença de potencial Nome Símbolo Grandeza física diferença de potencial Unidade SI Aparelho de medida Mai-09 Dulce Godinho 15 A diferença de potencial nos terminais de uma associação de lâmpadas em série paralelo é idêntica à soma da ddp nos terminais de cada lâmpada. U = U 1 + U 2 + tem o mesmo valor em qualquer dos terminais das lâmpadas U = U 1 = U 2 = Mai-09 Dulce Godinho 16 8

9 A grandeza física que está relacionada com a dificuldade das cargas eléctricas passarem através de um condutor é Resistência eléctrica Nome Símbolo Grandeza física Resistência eléctrica Unidade SI Aparelho de medida Mai-09 Dulce Godinho 17 Lei de Ohm As duas grandezas são directamente proporcionais U(V) I(A) 0,02 0,04 0,06 0,12 U/I porque o quociente entre pares de valores correspondentes é constante U(V) I (A) porque a representação gráfica é uma recta que passa pela origem. Mai-09 Dulce Godinho 18 9

10 Lei de Ohm A diferença de potencial nos terminais de qualquer condutor metálico filiforme, a temperatura constante, é directamente proporcional à intensidade da corrente que o percorre. A expressão matemática que traduz a lei de Ohm: Mai-09 Dulce Godinho 19 Será que num circuito eléctrico se consegue criar energia? A ENERGIA NÃO PODE SER CRIADA NEM TÃO POUCO DESTRUÍDA DA ELA ESTÁ SEMPRE A SER TRANSFORMADA Mai-09 Dulce Godinho 20 10

11 A grandeza física que mede a rapidez com que um receptor transforma a ENERGIA é Potência Eléctrica Nome Grandeza física Potência Eléctrica Unidade SI watt Aparelho de medida ---- Símbolo P W ---- Mai-09 Dulce Godinho 21 Potência Eléctrica - Cálculo P = E Δt P = U x I E = P x Δt E = U x I x Δt Mai-09 Dulce Godinho 22 11

12 Potência Eléctrica - Múltiplos da Unidade Múltiplos Símbolo Designação P=E/Δt Símbolo Potência kilo K quilowatt kw mega M megawatt MW giga G gigawatt GW Mai-09 Dulce Godinho 23 Energia Eléctrica - Múltiplos da Unidade Múltiplos Símbolo Designação E=P x Δt Símbolo Energia Kilo (10 3 ) K Quilowatthora kwh Mega (10 6 ) M Megawatthora MWh Giga (10 9 ) G Gigawatthora GWh Mai-09 Dulce Godinho 24 12

13 Atenção É um erro muito comum falar em KW/h ( kilowatt por hora ) essa unidade não existe!! Mai-09 Dulce Godinho 25 Quilowatt watt-hora O kwh (quilowatt-hora) é a unidade prática de energia, usada para exprimir o consumo de energia eléctrica. O kwh é a energia eléctrica consumida durante uma hora de funcionamento por um aparelho cuja potência média m é 1 kw: 1KWh 1KW 1h Mai-09 Dulce Godinho 26 13

14 Quilowatt-hora (kwh) e o Joule (J). Sendo o quilowatt-hora (kwh) e o Joule (J) duas unidades de energia qual será a relação entre elas? Como 1 kw = 1000 W e 1 hora = 3600 s 1 kw h será equivalente a: 1 kwh = 1 kw 1 hora 1 kwh = 1000 W 3600 s 1 kwh = J 1 kwh = 3, J Mai-09 Dulce Godinho 27 Efeitos da Corrente Eléctrica I I Os electrões ao deslocarem-se no interior do condutor chocam contra os átomos do mesmo aumentando a sua agitação térmica AUMENTO DE TEMPERATURA EFEITO DE JOULE Mai-09 Dulce Godinho 28 14

15 Efeito de Joule Consiste na transformação da energia eléctrica em Calor Uma resistência éum componente que transforma a energia eléctrica que recebe em calor. Dizemos que ela dissipa a energia eléctrica em calor, portanto ela aquece. Se as suas dimensões não estão de acordo com a potência que ela pode dissipar então ela "queimará". Como se calcula? Mai-09 Dulce Godinho 29 Efeito de Joule Aspectos fundamentais 1. Para qualquer componente a sua potência eléctrica é dada por : P = U.I 2. Se o dispositivo é receptor P=U.I é potência eléctrica consumida 3. Se o dispositivo é um gerador então P=U.I é a potência eléctrica fornecida Mai-09 Dulce Godinho 30 15

16 Efeito de Joule Aspectos fundamentais 4. Para uma resistência sabemos que a relação entre d.d.p ( U ), corrente ( I ) e resistência ( R ) é dada pela lei de Ohm, U=R.I 5. Se substituirmos na expressão da potência resulta P = U.I = (R.I).I = R.I 2 P = R.I 2 6. Ou, se substituímos I =U/R na mesma expressão resultará P = U.I = U.(U/R) = U 2 /R P=U 2 /R Mai-09 Dulce Godinho 31 Efeito de Joule Que utilização prática? FUSÍVEIS Mai-09 Dulce Godinho 32 16

17 Fusíveis Como Funcionam? Protegem os circuitos eléctricos contra danos causados por sobrecargas de corrente Princípio funcionamento - corrente que passa por um condutor gera calor proporcional ao quadrado de sua intensidade Pb Sn Quando a corrente atinge a intensidade máxima tolerável, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, derretendo um componente e interrompendo o circuito. Mai-09 Dulce Godinho 33 Fusíveis Como Funcionam? O chumbo funde a 327º C e o estanho, a 232º C. Se a corrente for maior do que aquela que vem especificada no fusível: 10A, 20A, 30A, etc, o seu filamento funde (derrete). Quanto maior for a corrente especificada pelo fabricante, maior a espessura do filamento. Assim, se a espessura do filamento do fusível suporta no máximo uma corrente de 10A e por um motivo qualquer a corrente exceder esse valor, a temperatura atingida pelo filamento será suficiente para derrete-lo, e desta forma a corrente é interrompida. Mai-09 Dulce Godinho 34 17

18 Efeito de Joule Que utilização prática? RESITÊNCIAS É um dispositivo eléctrico, componente, muito utilizado em electrónica, com a finalidade de transformar energia eléctrica em energia térmica, a partir do material empregado, que pode ser por exemplo carbono. Mai-09 Dulce Godinho 35 RESISTÊNCIAS Fixas (ver livro pág. 120) Variáveis (ver livro pág. 120/121) A maioria Reóstato dos metais são materiais condutores, e opõe baixa resistência Potenciómetros ao fluxo de corrente eléctrica LDR -Do inglês Light Dependent Resistor O corpo humano, um pedaço de plástico, ou mesmo o Termistores vácuo têm uma resistência que pode ser mensurada. PTC Materiais que possuem Do inglês Positive resistência Temperature muito alta Coefficient são chamados isolantes NTC ou dielétricos Do inglês Negative Temperature Coefficient Mai-09 Dulce Godinho 36 18

19 RESISTÊNCIAS Fixas (ver livro pág. 120) Variáveis (ver livro pág. 120/121) Reóstato Potenciómetros LDR -Do inglês Light Dependent Resistor Termistores PTC Do inglês Positive Temperature Coefficient NTC Do inglês Negative Temperature Coefficient Mai-09 Dulce Godinho 37 Reostato é uma resistência variável com dois terminais, sendo um fixo e o outro deslizante. Geralmente são utilizados com altas correntes Potenciómetro É um tipo de resistência variável comum, sendo comummente utilizado para controlar o volume em amplificadores de áudio. Mai-09 Dulce Godinho 38 19

20 Termistores São resistências que variam o seu valor de acordo com a temperatura a que estão submetidas. A relação geralmente é directa, porque os metais usados têm uma coeficiente de temperatura positivo, ou seja se a temperatura sobe, a resistência também sobe. Os metais mais usado são a platina, daí as designação Pt100 e Pt1000(100 porque à temperatura 0 C, têm uma resistência de 100ohm, 1000 porque à temperatura 0 C, têm uma resistência de 1000ohm) e o Níquel (Ni100) Mai-09 Dulce Godinho 39 Termistores PTC e NTC são um caso particular, visto que em vez de metais usam semicondutores PTC - É um resistência dependente da temperatura com coeficiente de temperatura positivo. Quando a temperatura se eleva, a resistência do PTC aumenta. PTCs são frequentemente encontrados em televisores NTC - É um resistência dependente da temperatura, mas com coeficiente negativo. Quando a temperatura sobe, sua resistência cai. NTC são frequentemente usados em detectores simples de temperaturas, e instrumentos de medidas Mai-09 Dulce Godinho 40 20

21 LDR Do inglês Light Dependent Resistor É uma resistência que varia, de acordo com a intensidade luminosa incidida. A relação geralmente é inversa, ou seja a resistência diminui com o aumento da intensidade luminosa. Muito usado em sensores de luminosidade Mai-09 Dulce Godinho 41 EXERCÍCIO 1 1. Calcula a potência eléctrica que o gerador fornece ao circuito? 2. Determina a quantidade de energia eléctrica consumida pelo circuito em 30min.? E em 2h? solução Mai-09 Dulce Godinho 42 21

22 EXERCÍCIO 2 Um chuveiro tem as especificações 4000W/220V. 1. Qual o consumo de energia de um banho de 15min? 2. Qual o valor da resistência do chuveiro? solução Mai-09 Dulce Godinho 43 22