Tópico 01: Estudo de circuitos em corrente contínua (CC) Profa.: Ana Vitória de Almeida Macêdo

Transcrição

1 Disciplina Eletrotécnica Tópico 01: Estudo de circuitos em corrente contínua (CC) Profa.: Ana Vitória de Almeida Macêdo

2 Conceitos básicos Eletricidade Eletrostática Eletrodinâmica Cargas elétricas em repouso Movimento dos elétrons livres de um átomo para outro 2

3 Fund. da eletrostática Em estado natural, qualquer porção de matéria é eletricamente neutra Equilíbrio estático 3

4 Fund. da eletrostática Eletrização Processo pelo qual alterase a condição de equilíbrio estático Positiva: Quando o corpo perde elétrons Negativa: Quando o corpo ganha elétrons Elétron é carga negativa Como um corpo se eletriza? Por indução Por atrito Por contato 4

5 Fund. da eletrostática Cargas de sinais opostos Atração 5

6 Fund. da eletrostática Cargas de sinais iguais Repulsão 6

7 Descarga elétrica Os elétrons em excesso de um corpo são atraídos para outro corpo que tenha falta de elétrons, quando estes se tocam, causando uma DESCARGA POR CONTATO. Se a diferença de carga for grande, a transferência das cargas pode ocorrer pelo ar, formando um arco. Ex.: raios em uma tempestade. 7

8 Potencial elétrico Um corpo com uma intensa eletrização tem maior energia potencial, ou maior POTENCIAL ELÉTRICO que outro que tenha fraca eletrização, podendo portanto realizar mais trabalho. Quantidade de carga elétrica de um corpo (Q) = Nº de Prótons Nº de Elétrons Carga de 1 elétron: Q(1e-) = 1,6 x Coulomb 8

9 Diferença de potencial Também conhecida como ddp ou TENSÃO é a comparação entre os potenciais elétricos de 2 corpos, que podem ter cargas iguais ou diferentes 9

10 Tensão elétrica Grandeza gerada a partir do desequilíbrio de potencial entre 2 pontos, conhecidos como Pólos. Símbolo: letra V Grandeza elétrica que pode ser medida e a unidade de medida é Volt Volt [V] = Joule/Coulombs Como gerar tensão? Por ação térmica Por ação da luz Por ação mecânica Por ação magnética Por ação química 10

11 Bateria Neste arranjo ocorre uma reação química, onde o eletrólito (ácido) faz com que os átomos do zinco fiquem com excesso de elétrons, e os de cobre com a falta de elétrons, causando um desequilíbrio elétrico. Por ter polaridade fixa, é uma FONTE DE TENSÃO CONTÍNUA. Eletrólito em solução iônica 11

12 Corrente elétrica A corrente é o fundamento da ELETRODINÂMICA Consiste em um movimento orientado de cargas, provocado pelo desequilíbrio elétrico (tensão elétrica). É a forma pela qual os corpos tentam restabelecer o equilíbrio elétrico. Símbolo: letra I Grandeza elétrica que pode ser medida e a unidade de medida é Ampère Ampère [A] = Coulomb/segundos 12

13 Sentido da corrente elétrica O sentido do movimento real de cargas é do terminal negativo da fonte (ponto de menor potencial) para o terminal positivo da fonte (ponto de maior potencial), conforme figura: 13

14 Sentido da corrente elétrica O sentido do movimento convencional de cargas é o contrário do movimento real, ou seja, do terminal positivo ao terminal negativo da fonte, passando pela carga. 14

15 Tipos de materiais elétricos Isolantes Possuem elétrons fortemente ligados ao núcleo de seus átomos, dificultando sua movimentação e oferecendo alta resistência à circulação de corrente. Ex: plástico, teflon, borracha, etc. 15

16 Tipos de materiais elétricos Condutores Possuem elétrons fracamente ligados ao núcleo de seus átomos, o que facilita sua movimentação e oferece baixa resistência à circulação de corrente. Ex: cobre, prata, ouro, alumínio, etc. 16

17 Circuito elétrico É o caminho fechado por onde circula a CORRENTE ELÉTRICA Caso o movimento das cargas elétricas seja sempre no mesmo sentido, o circuito elétrico é chamado de CIRCUITO DE CORRENTE CONTÍNUA (CC ou DC) 17

18 Circuito elétrico É constituído basicamente de 4 partes: 1. Fonte de Tensão: bateria, gerador 2. Condutores: fios, trilhas (baixa resistência) 3. Carga: dispositivo que utiliza a energia elétrica 4. Dispositivo de controle: chave, fusível, disjuntor 18

19 Circuito elétrico Esquema de um circuito básico 19

20 Resistência É um componente dos circuitos elétricos que representa uma oposição ao fluxo de corrente 20

21 Resistor Caso tenha valor conhecido e bem definido é chamado de Resistor Fixo Símbolo: 21

22 Resistor Também pode ser de valor ajustável, sendo chamado de Potenciômetro ou Reostato Unidade no S.I.: Ohm [Ω] 22

23 Lei de Ohm A corrente em um circuito puramente resistivo é igual à relação tensão/corrente 23

24 Lei de Ohm Calcular a corrente no circuito V = 20V R = 5 Ω 24

25 Lei de Ohm Calcular a resistência de filamento de uma lâmpada que é ligada em um circuito de corrente contínua conforme esquema V = 120V 25

26 Potência elétrica É a medida da energia elétrica transferida da fonte de alimentação para a carga, por unidade de tempo. É equivalente ao trabalho realizado pela energia potencial da fonte de alimentação dentro de um intervalo de tempo. Símbolo: letra P Grandeza elétrica que pode ser medida e a unidade de medida no Sistema Internacional é: Watt [W] = Joule/segundos 26

27 Potência elétrica Expressão para o cálculo da potência CC P = VxI Usando-se a Lei de Ohm, a expressão para o cáclulo da potência CC pode ser reescrita como: 27

28 Potência elétrica Calcular a potência elétrica consumida por um resistor de 100Ω que está sendo percorrido por uma corrente de 200mA V R = 100Ω 28

29 Potência elétrica Considere um circuito resistivo onde o gerador fornece 20A de corrente, com uma tensão CC de 240V. Qual é a potência consumida pelo circuito? V =240V 29

30 Energia elétrica Como a Potência Elétrica é a energia (fornecida ou consumida) por unidade de tempo, pode-se calcular a Energia Elétrica (w) a partir da potência e do tempo. A unidade de energia no Sistema Internacional é Joule Símbolo: letra J P = w t w = P. t J = watt. [seg] 30

31 Energia elétrica Em eletricidade, por conta da ordem de grandeza da energia medida, usa-se: w = P. t w = kilowatt. [hora] Ou seja, usa-se a unidade conhecida como KiloWatt-Hora (kwh) para medidas de Energia Elétrica 31

32 Energia elétrica Considere uma lâmpada incandescente de 60W ligada em um circuito CC, alimentada por uma tensão de 120V. Calcule a resistência elétrica da lâmpada, a corrente que percorre o circuito e a energia consumida pela lâmpada caso ela fique ligada durante 24h. V =120V 32

33 Circuito série Um circuito série é aquele que permite somente um percurso para a passagem da corrente A corrente I é a mesma em todos os pontos do circuito 33

34 Circuito série A resistência total é a soma das resistências do circuito (associação-série): A tensão total é a soma das tensões nos terminais dos resistores em série: 34

35 Circuito série A tensão nos terminais de carga de cada resistor é calculada pela Lei de Ohm: 35

36 Circuito série Polaridades: As quedas de tensão nos terminais de cada resistor têm as polaridades definidas pelo sentido da corrente convencional, que circula do terminal de maior potencial (+) para o de menor potencial ( ) na carga. 36

37 Circuito série Potência: A potência total fornecida pela fonte de alimentação é igual à soma das potências consumidas pelos resistores de carga: 37

38 Circuito série Considere o circuito em série com 3 resistores da figura e calcule: a) A resistência equivalente b) A corrente c) A potência em cada resistor e a potência total d) As quedas de tensão em cada resistor. 38

39 Circuito paralelo Um circuito CC paralelo é aquele no qual a corrente fornecida pela fonte de alimentação é dividida em dois ou mais ramos (malhas), podendo assumir diferentes valores ou valores iguais, dependendo da resistência oferecida pela malha do circuito 39

40 Circuito paralelo A soma das correntes nos diferentes ramos é igual à corrente total fornecida pela fonte de alimentação: Se as resistências forem iguais, as correntes I 1, I 2 e I 3 também serão iguais 40

41 Circuito paralelo Neste exemplo, a tensões nos terminais dos resistores de carga em paralelo são iguais: 41

42 Circuito paralelo Se as resistências tiverem valores diferentes, as correntes também são diferentes e podem ser calculadas pela Lei de Ohm, a partir da tensão da fonte (V) e dos valores das resistências: 42

43 Circuito paralelo Potência: A potência total fornecida pela fonte de alimentação é igual à soma das potências consumidas pelos resistores de carga, como no circuito série: 43

44 Circuito paralelo Considere uma cozinha com alimentação em CC e diversos aparelhos conectados às tomadas conforme a figura. Calcule as correntes elétricas (I) em cada aparelho, a potência (P) que o circuito deve suportar e o consumo (w) caso todas as cargas sejam ligadas simultaneamente durante 2h. 44

45 Circuito paralelo Primeiramente, esquematiza-se o circuito conforme a figura abaixo, onde é possível observar as 3 cargas resistivas ligadas em paralelo: 45

46 Circuito paralelo Aplicando-se a Lei de Ohm, calculam-se as correntes nos ramos do circuito: A potência que o circuito deve suportar é a soma das potências de cada aparelho: 46

47 Circuito paralelo Caso todos os aparelhos fiquem ligados durante 2h, juntos irão consumir energia elétrica equivalente a: 47

48 Circuito paralelo A resistência total em um circuito paralelo (associação-paralelo) pode ser calculada pela expressão: considerando-se n resistências associadas em paralelo. 48

49 Circuito paralelo Para o mesmo circuito do exemplo anterior, recalcule a corrente total, utilizando a expressão da resistência equivalente em paralelo 49