Eletricidade, Eletrônica e Computação Aplicadas

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1 Eletricidade, Eletrônica e Computação Aplicadas Curso Superior de Tecnologia em Luteria Setor de Educação Profissional e Tecnologica Universidade Federal do Paraná Aula de Março de 2016

2 Capacitor A unidade de capacitância é o farad (F ). Na prática utilizam-se submúltiplos: µf, nf e pf. Capacitores podem ser: Fixos, possuem valor de capacitância fixa. Polarizados, os polos devem ser ligados especificamente. Variáveis, possuem valor de capacitância variável dentro de um intervalo. Figura : Símbolos dos capacitores fixos, polarizados e variáveis. Fonte: Wikipedia.

3 Capacitor Exemplos de capacitores diversos. No capacitor eletroĺıtico, o terminal maior indica polarização positiva. Em outro tipos de capacitor polarizado, existe indicação. Figura : Aqui temos capacitores fixos (cerâmico, poliéster, tântalo), polarizado (eletroĺıtico, óleo) e o variável. Fonte: Eletrônica didáctica.

4 Capacitor Exemplos de capacitores variáveis diversos. Figura : Capacitores variáveis são indicados pelos valores máximo e mínimo de capacitância. Fonte: Wikipedia.

5 Capacitor Garrafa de Leyden, um primeiro capacitor. Criação de Pieter van Musschenbroek da Universidade de Leyden, Holanda, em Figura : Garrafa de Leyden construída ao redor de Fonte:

6 Capacitor Explicando a garrafa de Leyden Figura : Croquis de uma garrafa de Leyden. Fonte: How stuff works.

7 Capacitor Capacitor de placas paralelas Figura : Esquema de um capacitor de placas paralelas. Fonte: alunosonline.com.br.

8 Capacitor Ocupando menos espaço e melhorando o capacitor. Figura : Esquema de um capacitor. Fonte:

9 Capacitor Associação em série de n capacitores. A capacitência C eq equivalente se calcula como: 1 = C eq C 1 C 2 1 C eq = n 1 C i=1 i C n Figura : Associação em série de capacitores. Fonte: Wikipedia.

10 Capacitor Associação em paralelo de n capacitores. A capacitância C eq equivalente se calcula como: C eq = C 1 + C C n n C eq = i=1 C i Figura : Associação em paralelo de resistores. Fonte: Wikipedia.

11 Diodo semicondutor O diodo é o dispositivo semicondutor mais simples. Porém, o real entendimento de seu funcionamento depende da Mecânica Quântica. Figura : Símbolo que representa o diodo, indicação da polarização dos terminais. Fonte: Wikipedia

12 Diodo semicondutor Figura : Diversos tipos de diodos. Fonte:

13 Diodo semicondutor Dopar um semicondutor é acrescentar impurezas de forma a produzir um desequiĺıbrio nos portadores de carga. Semicondutor tipo n: a impureza faz com que a maioria dos portadores de carga sejam negativos (elétrons). Semicondutor tipo p: a impureza faz com que a maioria dos portadores de carga sejam positivos (buracos ou ausência de elétrons). Figura : Junção pn. Fonte:

14 Diodo semicondutor Figura : Esquema de um circuito envolvendo uma bateria, uma lâmpada, uma chave e um diodo. Fonte:

15 Diodo semicondutor Figura : Esquema do fluxo de elétrons e de buracos em uma junção pn. Fonte: Wikibooks.

16 Diodo semicondutor O diodo semicondutor apresenta um comportamento muito interessante, a corrente flui em apenas uma direção. Esse efeito é utilizado como chaveamento da corrente elétrica, permitindo por exemplo a retificação de sinais CA transformando-os em CC. Figura : Exemplos de retificação CA para CC. Fonte:

17 LED - Light Emitting Diode Diodo emissor de luz. Figura : Símbolo do LED. Exemplos de LEDs comuns. Fonte: learn.sparkfun.com e Wikipedia.

18 LED - Light Emitting Diode Figura : Partes que formam o LED. Fonte:

19 LED - Light Emitting Diode Figura : Lâmpadas que utilizam LEDs. Fonte: wikipedia.

20 LED - Light Emitting Diode Figura : Comparação de custos de lâmpadas incandescentes, fluorescentes e de LED. Fonte: drsolek.wordpress.com.

21 Magnetismo É todo o conjunto de fenômenos associados a campos magnéticos. O magnetismo dos materiais é de origem puramente quântica. Figura : Exemplo de ímã em barra. Fonte: Wikimedia.

22 Magnetismo Ao contrário dos fenômenos elétricos que posuem sua origem em cargas elétricas, no magnetismo não existe uma carga magnética isolada (monopólo magnético). No magnetismo, a origem do campo magnético são os dipolos magnéticos, que consistem no mínimo de um par de pólos norte-sul. Até hoje não foram encontrados os monopólos magnéticos. Existem inúmeras teorias sobre eles. Figura : Analogia entre eletricidade e magnetismo. Fonte:

23 Magnetismo Não é possível obter um monopólo magnético quebrando um ímã. Mesmo que seguíssemos a uma escal atômica! Sempre ficamos com dois ímãs com um pólo norte e um pólo sul cada. Figura : Quebrando um ímã ao meio. Fonte: Wikimedia.

24 Magnetismo Da mesma forma que existem linha de campo elétrico, temos as linhas de campo magnético. As linhas saem do pólo norte e chegam ao pólo sul. Não existem linhas de campo magnético abertas. Figura : Campo magnético de um ímã em forma de barra. Fonte:

25 Magnetismo Figura : Campo magnético da terra. Fonte:

26 Magnetismo Figura : O elétron possui um momento de dipolo magnético instrínseco. Fonte:

27 Magnetismo dos materiais Diamagnetismo: a magnetização é oposta a do campo magnético aplicado, levando a uma susceptibilidade negativa. Paramagnetismo: os átomos ou moléculas possuem momento magnético resultante, o qual pode se alinhar na direção do campo magnético aplicado, a susceptibilidade é positiva porém, pequena. Ferromagnetismo: algumas substâncias possuem momento magnético resultante que se alinham a um campo magnético e a magnetização persiste mesmo após a remoção do campo magnético. O ferromagnetismo ocorre apenas dentro de uma faixa de temperatura.

28 Domínios magnéticos Em um sólido, o magnetismo é oriundo dos domínios magnéticos. Os domínios são como se fossem ímãs microscópicos cujo campo magnético está em uma determinada orientação. Um pedaço de ferro possui seus domínios magnéticos orientados aleatóriamente. Quando um campo magnético é aplicado, os domínios se orientam e o pedaço de ferro passa a ter magnetização permanente.

29 Domínios magnéticos Figura : Domínios magnéticos antes e depois da aplicação de um campo magnético. Fonte: agsuperscience.blogspot.com.

30 Domínios magnéticos Figura : Ímã de neodímio. Listras claras e escuras são os domínios magnéticos. Fonte: Wikipedia.

31 Domínios magnéticos Como desmagnetizar um ímã? Aplicando campos magnéticos externos de orientação contrária. Isso força os domínios a tomarem outras orientações. Aquecendo o ímã. O movimento térmico dos átomos tende a desalinar os domínios magnéticos. Choques mecânicos. Tem efeito semelhante ao aquecimento, uma vez que desorientam os domínios magnéticos.

32 Tipos de ímãs - Cerâmico Também conhecidos como cerâmicos, esta família aparece no mercado em O processo de fabrico consiste na pulverização das matérias-primas até a formação de mono-cristais. Este composto é então prensado numa forma sob a influência de um campo magnético orientado. Após esta compactação, o material é sintetizado em fornos especiais e moldado para os formatos e dimensões desejados. Hoje em dia, os imãs cerâmicos são os que possuem menor custo. São resistentes à corrosão, ácidos, sais lubrificantes e gases. Max. Temperatura de trabalho 250 o C. Exemplos de aplicações: alto-falantes, motores CC, sensores.

33 Tipos de ímãs - Cerâmico Figura : Ímãs cerâmicos ou ímãs de ferrite. Fonte: strong-mag.com.

34 Tipos de ímãs - Alnico Alnico são ligas de Fe (Ferro) contendo Al (Alumínio), Ni Níquel e Co (Cobalto), além de outros elementos. As ligas Alnico foram descobertas na década de 1920, e permitiram a produção industrial de imãs artificiais com indução magnética muito superior à dos naturais. Um imã de Alnico é capaz de levantar mais de 1000 vezes seu próprio peso. Os imãs de Alnico têm grande estabilidade térmica, ou seja, mantêm as suas características numa faixa de temperatura muito larga, de aproximadamente -250 C a 550 C. O material é ainda resistente à oxidação. As suas principais aplicações são alto-falantes, motores eléctricos e geradores de pequeno porte, etc. Foram também muito usados em instrumentos de medida, como velocímetros, tacógrafos, medidores de energia eléctrica, etc.

35 Tipos de ímãs - Alnico Figura : Ímãs de Alnico. Fonte: industrialmagnetics.in.

36 Tipos de ímãs - SmCo Os imãs de Samário-Cobalto (SmCo) foram desenvolvidos em 1960, como resultado da pesquisa de novos materiais magnéticos baseados em ligas de Fe, Co, Ni e Terras Raras. São produzidos prensando-se as ligas pulverizadas, no formato final. Posteriormente são sinterizados a altas temperaturas. Apesar das excelentes propriedades magnéticas e resistência ás temperaturas (até 250 o C), o alto custo pode limitar suas aplicações. Possuem razoável resistência à corrosão e não necessitam de revestimentos particulares. Devido à sua elevada fragilidade, devem ser manuseados com cuidado. Max. Temperatura de trabalho: 250 o C Exemplos de aplicações: micro-motores, sensores para automóveis.

37 Tipos de ímãs - SmCo Figura : Ímãs de SmCo. Fonte: duramag.com

38 Tipos de ímãs - Neodímio Um ímã de neodímio é um imã feito a partir de uma combinação de neodímio, ferro e boro, também conhecidos como Terras Raras, entraram no mercado em Os imãs de NdFeB são produzidos pelo compactação de ligas pulverizadas. Possuem as melhores propriedades de todos os imãs existentes e uma incrível relação indução/peso. São normalmente niquelados, zincados ou revestidos com resina epóxi por serem altamente susceptíveis a corrosão. Este tipo de imã é muito poderoso em comparação com a sua massa, mas também é mecânicamente frágil e perde seu magnetismo em temperaturas entre 70 o C e 180 C. Devido ao seu custo mais baixo, têm substituído os imãs de samário-cobalto na maioria das aplicações, que são ligeiramente mais fracos e significamente mais resistentes à temperatura. Exemplos de aplicações: alto-falantes, discos rigídos, geradores eólicos, equipamentos eletrônicos.

39 Tipos de ímãs - Neodímio Figura : Ímãs de neodímio. Fonte: duramag.com

40 Tabela periódica magnética Figura : Apenas Fe, Co e Ni são magnéticos em nível atômico. Fonte: 1tvg.com

41 Tabela periódica Figura : Aplicações dos elementos. Fonte:

42 Elementos descobertos em cada país. Figura : Até na Romenia. Fonte: meta-synthesis.com

43 Campo magnético Unidades de medida de campo magnético tesla (T) (equivalente a newton.segundo coulomb.metro ). gauss (G) 1T=10.000G O campo magnético da Terra varia de até nt ou 0,25 até 0,65 G.

44 Para estudar C. Fowler Fundamentos de Eletricidade 2. 7.ed. Porto Alegre: AMGH, Capítulo 10 - Teste seus conhecimentos: 1, 2, 3, 5, 7, 8, 11, 12, 13, 15, 18, 20, 21, 22, 23, 26, 31,37,42, 62, 63. C. Fowler Fundamentos de Eletricidade 1. 7.ed. Porto Alegre: AMGH, Capítulo 7 - Teste seus conhecimentos: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 38, 39, 40, 45, 46, 47.