Tensão, Corrente Elétrica e Resistência Elétrica

Transcrição

1 Tensão, Corrente Elétrca e Resstênca Elétrca Bblografa: Instalações Elétrcas Predas Geraldo Cavaln e Severno Cerveln Capítulo 1. Instalações Elétrcas Hélo Creder Capítulo 2. Curso de Físca Volume 3 Antôno Máxmo e Beatrz Alvarenga.

2 Átomos e a Orgem da Carga Elétrca: A matéra é composta de átomos. Um átomo é composto por um núcleo, onde se encontram os prótons e neutros. Os elétrons se encontram em órbtas ao redor do núcleo. Tanto o elétron quanto o próton possuem carga elétrca. A carga elétrca de um elétron é exatamente gual à de um próton, porém seu snal é oposto. A undade de carga no SI é o coulomb (C). A carga do elétron vale 1,60 X C. Num átomo exste exatamente o mesmo número de prótons e elétrons, e portanto o átomo é eletrcamente neutro

3 Materas Condutores e Isolantes: Em mutos materas, os elétrons são fortemente lgados aos seus átomos. Nesse caso os elétrons não estão lvres para se moverem, e os materas desse tpo são classfcados como solantes. Ex: Plástcos, madera, vdro, ar, água destlada,... Nos metas exstem elétrons que podem se separar dos seus átomos e fcarem lvres para se moverem para átomos próxmos. Esses elétrons são chamados de elétrons lvres, e são eles os responsáves pela corrente elétrca em metas. Os materas que possuem elétrons lvres para a condução de eletrcdade são chamados de condutores. Ex: Cobre, ouro, prata, alumíno, ferro,...

4 Energa Potencal Elétrca: Maor pressão Menor pressão A água flu do reservatóro onde a pressão é maor para o reservatóro onde a pressão é menor. O fluxo de água cessa quando a dferença de pressão desaparece. A água contnuará a flur se uma bomba mantver a dferença de pressão. Analogamente com o caso da água, quando as extremdades de um materal condutor elétrco estão em dferentes potencas elétrcos quando há uma dferença de potencal elétrco entre elas a carga elétrca flu de uma extremdade para a outra. Os dspostvos que fornecem essa dferença de potencal elétrco são os geradores elétrcos e as bateras. Esses dspostvos realzam trabalho para levar as cargas negatvas para longe das postvas. Gerador elétrco. Batera elétrca.

5 Dferença de Potencal - Tensão: Numa plha, a energa químca é transformada em energa potencal elétrca (E p ), que fca armazenada nas cargas elétrcas nos pólos postvo e negatvo da plha. Essa energa por undade de carga recebe o nome de potencal elétrco U, e é chamada de tensão, voltagem ou dferença de potencal (ddp). Maor Potencal (mas postvo) U Potencal elétrco. Undade volt (V) Menor Potencal (mas negatvo) Exemplo: Se uma plha possu uma tensão (ou voltagem ou dferença de potencal) de 1,5 V, qual é a energa que é transferda para 1 C de cargas para levá-las do pólo negatvo para o pólo postvo da plha? Símbolo de fonte de tensão: - + U E q P = P P ( 1 C) ( 1,5 V) = 1,5., E = qu E = J

6 Carga Elétrca: A undade de carga elétrca, no sstema nternaconal (SI), é o coulomb Símbolo: C. 1 coulomb é a carga que passa, em 1 segundo, pela seção reta de um fo percorrdo por uma corrente de 1 ampère: 1 C = 1 A. s 1 A O valor da carga do elétron é 1,6 X C. Por convenção, elétrons possuem carga elétrca negatva e prótons possuem carga elétrca postva. seção reta do fo. Se um átomo perde um elétron ele se torna eletrcamente postvo, sendo chamado de íon postvo, ou cáton. Se um átomo ganha um elétron ele se torna eletrcamente negatvo, sendo chamado de íon negatvo, ou ânon. 6

7 Corrente Elétrca: Se uma quantdade de carga Q atravessa uma área A do condutor num ntervalo de tempo t, então a corrente que atravessa essa área é defnda como: = Q t. Q = t = 1coulomb 1segundo ; = Q t =1ampère (A). Undade de corrente elétrca: Se a quantdade de carga passando pela área A é de 1 C, e se o tempo de passagem é de 1 s, temos 1 ampère (A) de corrente.

8 Resstênca Elétrca: Chama-se resstênca elétrca a oposção nterna do materal à crculação das cargas. A resstênca R de um condutor depende do tpo de materal de que o condutor é feto, do comprmento do condutor, da área da seção reta do condutor e da temperatura do condutor. R= = ρl A R = resstênca elétrca, em ohms (Ω); ρ = resstvdade do materal, em ohms. mm 2 /m; Α = área da seção reta, em mm 2. l = comprmento do condutor, em m. l seção reta. A

9 Resstênca Elétrca Dependênca com a temperatura: A resstvdade de um materal vara com a temperatura e, portanto, a resstênca do materal também va varar com a temperatura. Para calcular a resstênca numa temperatura T, sabendo o valor da resstênca na temperatura T 0 (em geral, 0 o C ou 20 o C), usamos a segunte fórmula: R = R + R α ( T ). 0 0 T 0 R = resstênca elétrca na temperatura T, em ohms (Ω); onde R 0 = resstênca elétrca na temperatura T 0, em ohms (Ω); α = coefcente de temperatura da resstênca, em o C -1 ;

10 Materal Característcas dos prncpas condutores Resstvdade - ρ Ω.mm 2 /m Condutvdade - χ S.m/mm 2 Coefcente de Temperatura -α Alumíno 0, ,2 0,0039 Bronze 0,067 14,9 0,002 Cobre puro 0, ,7 0,00382 Cobre duro 0, ,1 0,00382 Cobre recozdo 0, ,1 0,00382 Constantan 0,5 2 0,00001 Estanho 0,115 8,6 0,0042 Grafte 13 0,07 0,0005 o C -1 Resstvdade: R A ρ=. L Condutvdade: 1 χ=. ρ Ferro puro 0,096 10,2 0,0052 Latão 0,067 14,9 0,002 Manganna 0,48 2,08 0 Mercúro 0,96 1,0044 0,00089 Ncromo 1,1 0,909 0,00013 Níquel 0,087 10,41 0,0047 Ouro 0,024 43,5 0,0034 Prata 0, ,5 0,0038 Platna 0,106 9,09 0,0025 Tungstêno 0,055 18,18 0,0041 Znco 0,056 17,8 0,

11 Le de Ohm: A relação U = R é sempre válda, pos ela é a defnção de resstênca. Quando a resstênca R for constante para qualquer ddp U e corrente, dzemos que o resstor obedece a Le de Ohm: U= R com R = constante U U U O O O Resstor que obedece a le de Ohm Dodo de vácuo. Não obedece a le de Ohm Dodo semcondutor. Não obedece a le de Ohm

12 Potênca Elétrca: A potênca é a energa por undade de tempo fornecda ou consumda por um dspostvo. No crcuto abaxo temos uma batera B conectada a um dspostvo condutor não especfcado. A batera mantém uma dferença de potencal U entre seus termnas, sendo que o maor potencal está aplcado sobre o termnal a do dspostvo e o menor sobre o termnal b. Uma corrente crcula no crcuto. A potênca elétrca fornecda pela batera será: Potênca: P= U. B + -? a b Se o dspostvo tver uma resstênca R, a potênca dsspada por essa resstênca será. PR U ab PR = (R) = 2 = onde usamos U ab = R. U ab PR U ab PR = U ab = R R, 2 ab U R = onde usamos = U ab / R,

13 Exemplo: Em uma lâmpada comum encontramos as seguntes especfcações do fabrcante: 60 W; 120 V. a) Se a lâmpada está lgada a uma fonte de tensão U = 120 V, qual é a corrente que passa por ela? P= U A potênca é dada por: onde P = 60 W; U = 120 V; P 60 W = = 0,5 A. U 120 V = b) Qual é a resstênca do flamento dessa lâmpada? Sendo a tensão no flamento U = 120 V e a corrente = 0,5 A, temos: U = R U 120 V R = = = 0,5 A 240 Ω.

14 Cálculo da Energa Elétrca Consumda 1 - Dada a potenca P em watts (W), devemos passá-la para qulowatts (kw) dvdndo o valor em W por Exemplos: 17 W = 0,017 kw 450 W = 0,45 kw; 3200 W = 3,2 kw; 2 O ntervalo de tempo t deve ser dado em horas (h): Exemplos: 30 mn = 0,5 h; 4 das = 96 h; 1 mês (30 das) = 720 h. 3 A energa consumda, E, será dada por: E = P. t Exemplo: Um ferro de passar roupa de potênca P = 1200 W funconando por 15 mn consumrá quantos kwh? Qual será o consumo em 30 das? Quanto o ferro custará por mês se a tarfa por kwh for de R$ 0,30 P = 1200 W = 1,2 kw; t = 15 mn = 0,25 h. E = P. t E = 1,2 kw. 0,25 h E = 0,3 kwh. O ferro consumrá 0,3 kwh. Se ele for usado todo da, em 30 das ele consumrá 30 X 0,3 kwh = 9,0 kwh. Se a tarfa de energa é de R$ 0,30, o valor gasto por mês será: R$ 0,30 X 9,0 = R$ 2,70

15 O meddor de energa elétrca O meddor de energa elétrca de uma resdênca, comumente chamado de " relógo de luz", é consttuído de quatro relognhos, conforme está esquematzado abaxo: A letura deve ser feta da esquerda para a dreta. O prmero relognho ndca o mlhar e os demas fornecem, respectvamente, a centena, a dezena e a undade. A medda é expressa em kwh. A letura é sempre o últmo número ultrapassado pelo pontero no seu sentdo de rotação. O sentdo de rotação é o sentdo crescente da numeração. Assm, a letura do meddor representado é 2614 kwh. Vamos supor que, após um mês da medda efetuada, o funconáro da companha de energa elétrca retorne à resdênca e realze uma nova letura, com os ponteros assumndo as posções ndcadas abaxo: A letura, neste caso, é 3045 kwh. A dferença entre as leturas fornece o consumo mensal: 3045 kwh 2614 kwh = 431 kwh