Física Geral III 22/06/2015

Transcrição

1 /06/015 Fíica Geral III Aula Teórica 4 (Ca. 36 arte /): 1) otência em circuito de corrente alternada ) Geração de energia e tranmião 3) Tranformadore rof. Marcio R. Loo otência em circuito de corrente alternada ão há erda de energia aociada a carga caacitiva e indutiva em um circuito RLC! Conidere o circuito abaixo: Quando a corrente começa a crecer em um entido no circuito, carga começa a e acumular no caacitor. Quando a carga é máxima, a energia armazenada erá: 1 U C C O armazenamento de energia é momentâneo. O caacitor é carregado e decarregado dua veze em cada ciclo. otência em circuito de corrente alternada Durante /4 T (ciclo) carga é armazenada no caacitor. Durante /4 T (ciclo) carga é liberada elo caacitor. A energia ia fornecida ela fonte ara o caacitor é nula. (não há erda de energia) Concluão: A ituação é imilar, no indutor. Em um circuito RLC, a tranferência líquida de energia é da fonte ara o reitor! A fonte deve realizar trabalho contra a fem auto induzida (em entido contrário) no indutor. Quando a corrente é máxima, a energia armazenada no indutor é Quando a corrente decrece, a energia retorna ara fonte. A energia ia fornecida ela fonte ara o indutor é nula. 1 U B Li 3 1

2 /06/015 otência em circuito de corrente alternada A taxa ISTATÂEA com que a energia é diiada no reitor vale: Ri ma i I en( ωt φ) [ I en( ω φ) ] R t RI en ( ωt φ) A taxa MÉDIA com a qual a energia é diiada no reitor é a ia no temo da eq. acima. Em um ciclo comleto, o valor io de en θ é zero. O valor io de en θ é 1/. O eaço cheio acima da reta 1/ comleta o eaço vazio abaixo deta reta. 4 otência em circuito de corrente alternada odemo reecrever a eq. RI en ( ωt φ) Como: RI I R I I Corrente alor io quadrático () A otência ia ode er ecrita como: otência ia RI I A eq. acima é imilar a RI Uando I odemo calcular a med em circuito AC como fizemo ara circuito CC! 5 otência em circuito de corrente alternada odemo definir o valor ara tenão alternada e fem alternada: Tenão m fem oltímetro e amerímetro uado em CA geralmente fornecem o valore I, e. O valor de 0 obtido ao ligarmo um multímetro na tomada é o valor. O valor máximo da dd numa tomada erá

3 /06/015 otência em circuito de corrente alternada O fator de roorcionalidade na eq. I m I é 1/ odemo ecrever Como I Z I m Z I I m R + X X L C ( ) R + L C ( X X ) A otência ia ode er reecrita como: R RI RI I Z Z Da fig. ao lado temo: R RI R coφ IZ Z logo I co φ otência ia m 7 otência em circuito de corrente alternada I coφ otência ia co φ: fator de otência Quando co φ 1 (φ0), a taxa com a qual a energia é fornecida a uma carga reitiva é máxima. Buca-e emre a otência máxima (φ0). Se o circuito RLC for muito indutivo (φ +90 o ), bata ligar um caacitor adicional em érie ara ete e tornar meno indutivo. n 1 1 Ceq j 1 C j A caacitância diminuirá e a reatância caacitiva aumentará. 1 X C ω C Ete artifício é uado or emrea de energia elétrica em linha de tranmião. d 8 otência em altofalante: MO v. otência : no Brail, obdece a ABT. É REAL! otência MO: ower Muic ic Outut. Difere entre o fabricante... quanto maior, mai vende! MO: otência Máxima ara Otário 9 3

4 /06/015 Exercício 1/ Um ecador de cabelo elétrico conome uma otência de 1500 W ara 10. A otência eecificada or ee ecador é a otência ia conumida elo dioitivo e a voltagem eecificada é o valor io quadrático da voltagem. Suonha que o ecador de cabelo eja uma reitência ura. Calcule: (a) A reitência. [9,60 Ω] (b) O valor io quadrático da corrente. [1,5 A] Reolução (a) (b) RI I R R R I R 10 Exercício / um circuito RLC, R 300 Ω, L 60 mh, C 0,50 μf, 50 (valor io) e ω rad/. Calcule: (a) O fator de otência. [0,60 ] (b) A otência ia fornecida elo circuito todo e ara cada elemento do circuito. [1,5 W] Reolução (a) coφ (b) I coφ I m I m 1 Z R + ( X X ) L X C ω C C d X L ωl I 0, 10A m I I ou RI 11 Tranformadore Geração de energia e tranmião Ri i k Uina Elétrica k equena Indútria ,8 k Grande Indútria 13,8 k 40 Reidência É neceário aumentar/diminuir a voltagem

5 /06/015 Rede de tranmião no Brail 100 mil km de extenão... Equivalente a mai de dua veze a circunferência da Terra. htt:// fault/file/brail_regioe_tran_0. df 13 Tranformadore O tranformador ideal conite em dua bobina com número diferente de eira enrolada em torno do núcleo. O enrolamento rimário com eira etá ligado a um gerador de CA: m ω en t O enrolamento ecundário ( eira) é ligado a uma carga reitiva. Chave S aberta: o enrolamento rimário e comorta como rimário Secundário 14 Tranformadore A corrente no rimário I mag (corrente de magnetização) etá atraada 90 em relação à do rimário. O fator de otência do rimário é co φ 0 --> enhuma otência é tranferida do gerador ara o tranformador (ó ara R, quando houver um) A I mag do rimário irá roduzir um fluxo alternado Φ B no núcleo de ferro. O núcleo reforça Φ B e o tranfere ara o ecundário do tranformador rimário Secundário 15 5

6 /06/015 Tranformadore A corrente no rimário I mag (corrente de magnetização) etá atraada 90 em relação à do rimário. O fator de otência do rimário é co φ 0 --> enhuma otência é tranferida do gerador ara o tranformador (ó ara R, quando houver um) A I mag do rimário irá roduzir um fluxo alternado Φ B no núcleo de ferro. Lembre do eletroímã + rego O núcleo reforça Φ B e o tranfere ara o ecundário do tranformador 16 Tranformadore Φ B varia com o temo e induz uma fem eira em cada eira do ecundário. eira é a mema em cada eira do rimário e do ecundário: eira eira Logo: eira Tranformação de tenão e ão > Tranformador elevador de tenão < Tranformador abaixador de tenão rimário Secundário 17 Tranformadore A otência elétrica tranferida do gerador ara o rimário vale I. A otência recebida elo ecundário (atravé do B que enlaça o doi rolamento) é I. ara um tranformador ideal I I I I Tranformação de corrente ma Chave S fechada rimário Secundário 18 6

7 /06/015 Exercício Uma amiga trouxe da Euroa um aarelho que ela afirma er a melhor cafeteira elétrica do mundo. Infelizmente, o aarelho ó funciona com uma fonte de alimentação de 40 ara fornecer a otência de 960 W neceária ara eu funcionamento. O valor da voltagem é o valor io quadrático. (a) O que ela deve fazer ara ligar o aarelho em uma fonte de 10? (b) Qual deve er a corrente que a cafeteira conome de uma linha de 10? Reolução (a) O ecundário deverá ter o dobro de eira que o rimário (ligado a 10 ) (b) A corrente é conumida no rimário. med I I 8, A med 0 19 Traformador durante exloão 0 Traformador deoi da exloão 1 7

8 /06/015 ocê já ode reolver o eguinte exercício: Caítulo 33: 1, 5, 6, 8, 9, 13, 18, 19,, 9, 30, 33, 35, 37, 38 e 4. Caítulo 35: 1,4, 5, 6 9, 11, 14, 18, 1, 4, 7, 8, 33 e 37. Caítulo 36: 13,14, 15, 19, 0, 4, 5, 30, 44, 45, 47. Caítulo 37: 1, 6, 10, 1 e 16. Livro texto: Halliday, vol. 3, 4ª edição. Mai informaçõe (cronograma, lita de exercício): web: loo.rof.ufc.br marcio.loo@ufc.br 8