Aluno(a): Gabriel Vinicios Silva Maganha nº:... - Data:.../.../2010

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1 SENAI - Centro de Formação Profissional Orlando Chiarini Curso Técnico em Automação Industrial 1º Período Avaliação Tecnologia Eletrônica I - 12 pontos Instrutor: Gabriel Vinicios Silva Maganha Aluno(a): Gabriel Vinicios Silva Maganha nº:... - Data:.../.../2010 Orientações fundamentais 1 - As questões de cálculos deverão ser totalmente desenvolvidas na prova ou em folha anexa, passoa-passo, sob pena do professor zerar a questão. 2 - Os resultados dos cálculos deverão estar com a respectiva grandeza. Um resultado cuja corrente deu 5,2mA não será aceito se o aluno escrever apenas 5,2 ou se errar o múltiplo, escrevendo 5,2A. 3 - A interpretação i faz parte da prova. 1 - Relacione ( 2 pts): ( 1 ) - Atrasam a corrente em 90º / em CC funcionam como um circuito aberto; ( 2 ) - Inseparabilidade dos pólos ( 3 ) - Reatância muito alta com altas freqüências; ( 4 ) - 1ª Lei de Faraday ( 5 ) - Atração; ( 6 ) - Ferromagnéticos; ( 7 ) - Diamagnéticos; ( 8 ) - Atrasam a corrente em 90º / em CC funcionam como um curto; ( 13 ) - Atraem as linhas de força com pouca intensidade; ( 4 ) - Uma corrente gera um campo eletromagnético; ( 8 ) - Indutores / Indutores; ( 9 ) - Um campo magnético variável induz uma corrente elétrica; ( 11 ) - Capacitores / Capacitores; ( 5 ) - Pólo Norte com Pólo Sul; ( 10 ) - Pólo Sul com Pólo Sul; ( 9 ) - 2ª Lei de Faraday (10) - Repulsão; (11) - Adiantam a corrente em 90º / em CC funcionam como um circuito aberto; (12) - Reatância muito baixa com altas freqüências; (13) - Paramagnéticos; (14) - Adiantam a corrente em 90º / em CC funcionam como um curto; ( 2 ) - Ao cortar um imã no meio, tem-se dois novos ímãs; ( 1 ) - Indutores / Capacitores; ( 7 ) - Repelem as linhas de força; Ex.: Cobre. ( 14 ) - Capacitores / Indutores; ( 12 ) - Capacitores; ( 6 ) - Atraem fortemente as linhas de força; Ex.: Níquel. ( 3 ) - Indutores; 2 - Calcule a Corrente Total no circuito ao lado (2 pts) > Repare na fonte: é uma Bateria DC, corrente contínua. Capacitores em corrente contínua, assim que se carregam, não permitem a passagem de corrente. Assim, em todos os ramos do circuito e a corrente total será 0. I = 0A.

2 3 - Uma lâmpada ligada em um gerador AC de 30Vp /60Hz brilhará mais ou menos que uma ligada em uma bateria DC de 22Vdc? Justifique sua resposta, pois sem a justificativa, mesmo que a resposta estiver correta, a questão será zerada. (1 pt) Nós já estudamos o conceito de tensão eficaz. Ele nos diz que uma tensão alternada senoidal com Vp de Vp pico gerará a mesma quantidade de energia que uma DC de. Portanto, uma alternada de 30Vp é 2 30 equivalente em termos de energia a uma DC de Vef = = 21, 213V. Assim, essa corrente Alternada de 2 30Vp é equivalente a uma contínua de 21,213V. Assim, ligada em 30Vp, a lâmpada brilhará menos do que se ligada em uma DC de 22V, uma vez que o valor eficaz da alternada é menor que o da fonte contínua. 4 - Calcule a reatância capacitiva e indutiva do circuito a seguir,, além da corrente total dos capacitores e dos indutores: (2 pts) Comecemos com os capacitores: C1 e C2 em série. 800 p.6u = 799,893 pf 800 p + 6u Agora, C3 em paralelo, basta somar (o capacitor é o contrário, lembra?): Ceq = 799,893pF + 0,011uF -> Ceq = 11,799 nf Agora que encontramos a capacitância equivalente, basta encontrar a reatância capacitiva: Xc 1 = = 224, KΩ 6, ,799n 92 Sabendo a reatância (oposição à passagem da corrente) dos capacitores, basta agora usar a Lei de Ohm e calcular a corrente sobre o circuito capacitivo:

3 Ic 120 = = 533, ua 224,92KΩ 5 Agora, vamos aos indutores. Calculemos a Indutância equivalente (Leq): L1 e L2 em série, basta somar: 800uH + 1,5mH = 2,3mH 2,3mH.0,0023H Em paralelo com L3: Leq = = 1, 15mH 2,3mH + 0,0023H Agora, encontremos a reatância Indutiva: XL = 6, ,15mH -> XL = 0,433A ou 433,32m Ω Basta finalizarmos calculando a corrente (Lei de Ohm): IL 120 = = 276, A 433,32mΩ Explique (aconselhado o uso de desenhos para facilitar a explicação ão): (1 pt) a) O que é um capacitor (estrutura física, composição de partes); Um capacitor é um componente eletroeletrônico constituido basicamente por duas placas metálicas muito próximas uma da outra, separadas por um material isolante chamado Dielétrico. b) Funcionamento em CA e CC; Em CA (Corrente Alternada), o Capacitor funciona como uma resistência. Todavia, não como uma resistência comum, pois: 1 - Ele defasa a Corrente, adiantando-a em 90º; 2 - Sua reatância varia conforme a freqüência do sinal; Em CC (Corrente Contínua), o capacitor funciona armazenando energia. Ele se carrega e, depois de carregado, impede a passagem de corrente, abrindo o circuito.

4 c) Forma de onda de V x I do Capacitor em CA e CC; As figuras foram retiradas do livro Circuitos Elétricos Corrente Contínua e Corrente Alternada, de Otávio Markus. As formas de onda acima poderiam ser desenhadas no mesmo gráfico, como foi passado pra vocês no caderno. Repare que, no capacitor, a Corrente começa alta e a tensão baixa. Conforme o tempo passa, a tensão se eleva e a corrente abaixa. Mostrei isso pra vocês na sala com um capacitor e um Led, além de ter explicado o gráfico. Gráfico CA: Como vemos, no gráfico CA a mesma coisa acontece: Quando a corrente está no pico, a tensão está no ponto 0, e assim sucessivamente. Só que em CA o capacitor permite a passagem de corrente e, por isso, está o tempo todo carregando e descarregando. d) Explicar o motivo da forma de onda em CA (porque ela é como é); A forma de onda é do jeito que é porque no capacitor o aumento de diferença de potencial em suas placas (tensão) oferece uma oposição a que novas cargas se dirijam às placas. Assim, se a diferença de potencial for alta, temos muitas cargas positivas e negativas nas placas. Isso oferece uma oposição à corrente, uma vez que as cargas positivas e negativas repelirão as cargas que vierem dos terminais do gerador. Assim, a corrente será baixa. Quando, pelo contrário, a tensão é baixa, a oposição será baixa e a corrente será, portanto, alta. Assim, o capacitor não é como um resistor, onde quanto maior a tensão maior a corrente. Ele funciona ao contrário.

5 5 - Calcule Vp e Ip de todos os resistores do circuito a seguir (2 pts) Primeiramente, vamos calcular a Req do circuito. Se quiser, você pode desenhar em uma folha e ir acompanhando o raciocínio passo-a-passo: Ra = R6 em série com R4 -> Ra = R6 + R4 -> Ra = 2K Ω Ra fica em paralelo com R3, formando o que chamarei de Rb: Rb = Ra x Re / Ra + R3 -> Rb = 2K x 1K / 2K + 1K -> Rb = 666,66 Ω Rb fica em série com R2, formando Rc: Rc = R2 + Rc -> Rc = 1K + 666,66 -> Rc = 1,66K Ω Rc fica em paralelo com R1, formando Rd: Rd = R1 x Rc / R1 + Rc -> Rd = 1K x 1,66K / 1K + 1,66 K -> Rd = 624,9 Ω Por fim, chegamos à Req, onde Rd fica em série com R5: Req = Rd + R5 -> Req = 624,9 + 1K -> Req = 1624,9 Ω ou 1,62K Ω Agora que sabemos a Req e a Tensão do Gerador, usamos a lei de Ohm para calcular a Corrente Total: It = 120V / 1624,9 Ω -> It = 73,85 ma. Essa é a corrente Eficaz. O exercício pede a corrente de Pico. Então, basta multiplicarmos pela raiz de 2. A corrente total de pico (Itp) será igual a 104,439mA. A tensão total de Pico será 120 V multiplicado pela raiz de 2. A tensão total de pico é, então, de 169,7Vp. Até aqui fácil, espero eu. Comecemos então a brincadeira: Como vemos ao lado, a corrente total é a mesma que passa por R5, uma vez que o gerador está em série com R5. Portanto, IR5p = 104,439mA,439mA. Agora que já sabemos a corrente, por Lei de Ohm descobrimos a tensão: VR5p = IR5p x R5 -> VR5p = 104,439mA x 1KOhm -> VR5p = 104,439V

6 Já matamos tensão e corrente de R5. Agora, vamos usar a segunda lei de Kirchoff, que diz que a soma das tensões por qualquer caminho ou malha é igual a tensão da fonte. Analisemos o caminho mais curto, que é a malha de R1 e R5: Como vemos ao lado, a malha escolhida está em vermelho. Para facilitar nosso trabalho, a partir de agora usaremos apenas as tensões de pico - repare que ao invés dos 120V eficazes do gerador, já calculamos o valor de pico e já o inserimos no circuito. Dos 169,7Vp do Gerador, sabemos que 104,439Vp ficam em R5. O que sobrar, então, necessariamente fica em R1. Assim: VR1p = 169,7Vp - 104,439Vp, Logo, VR1p = 65,2,261Vp. Já sabemos a tensão de R1, podemos usar a lei de Ohm para descobrir a corrente: IR1p = VR1p / R1 -> IR1p = 65,261 / 1K -> IR1p = 65, 6 5,261mA Agora nós também já matamos R1. Vejamos, agora, como estamos: Agora, como podemos ver ao lado, sabemos a corrente que entra no primeiro nó, que é It, e sabemos também uma das correntes que saem desse nó, que é IR1p. Aplicando a primeira lei de Kirchoff, conseguimos descobrir qual a corrente que sobe até R2: IR2p = 104,439mA - 65,261mA = IR2p = 39,178mA Agora que sabemos a corrente sobre R2, podemos descobrir a tensão por Lei de Ohm: VR2p = IR2p x R2 -> VR2p = 39,178mA x 1K -> VR2p = 39,178V Agora, não temos como resolver mais nada usando a primeira lei de Kirchoff, mas sim a segunda. A soma da malha que passa por R2, R3 e R5 tem de ser igual à tensão do gerador. Ora, nós sabemos a tensão sobre R2 e R5, e sabemos também a tensão do gerador. Assim, fica fácil descobrir a tensão de R3, como podemos ver ao lado. De 169,7Vp do gerador, 104,439V ficam em R5 e 39,178V ficam em R2. O que sobra, fica em R3. Assim: VR3p = 169,7Vp - 104,439Vp - 39,178Vp -> VR3p = 26,083Vp Sabendo a tensão de pico de R3 (VR3p), podemos facilmente calcular a corrente:

7 IR3p = VR3p / R3 -> IR3p = 26,083V / 1 KOhm -> IR3p = 26,083mA Matamos agora R3. Agora, vamos usar a primeira lei de Kirchoff para descobrir a corrente sobre o resistor R4. Sabemos que, de 39,178mA, 26,083mA descem para R3, e que o que sobrar vai para R4. Assim, IR4p = 39,178mA - 26,083mA -> IR4p = 13,095mA. Sabendo a corrente sobre R4, fica fácil encontrar a tensão: VR4p = 13,095mA / 1 KOhm -> VR4p = 13,095V. A corrente sobre R4 é a mesma que sobre R6, pois ambos estão em série. Assim, IR6p = 13,095mA e VR6p = 13,096mA / 1KOhm -> VR6p = 13,096V. 7 - Se as Reatâncias e Impedâncias são medidas em Ohms, por que simplesmente não as chamamos de resistências? (1pt) Por três motivos básicos - citar qualquer um deles basta para considerar a resposta certa. Ei-los: 1 - Porque as reatâncias funcionam diferente em CA e CC - em CC o Capacitor é circuito aberto e o indutor é um curto; 2 - Porque a reatância varia com a frequência, ao contrário da resistência; 3 - Porque as reatâncias adiantam ou atrasam a corrente em relação a tensão. Já nas resistências, tensão e corrente estão em fase. 8 - Desenhe duas formas de onda, X e Y, com X 135º º atrasada em relação a Y; Não esqueça de identificar quem é X e quem é Y. (1pt)