ELETRICIDADE - INTRODUÇÃO

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1 ELETRICIDADE - INTRODUÇÃO Tales de Mileto ( 624aC- 556aC), na época da Grécia Antiga utilizou a palavra elektron para descrever a força de atração entre de um pedaço de âmbar, uma resina fóssil, quando esfregada com um pedaço de seda e pedaços de palha. Elektron é elétron em português que acabou gerando o vocábulo eletricidade. Curiosamente, elektron é o nome grego da palavra âmbar. Eletricidade é um fenômeno físico originado pelo acúmulo de cargas elétricas. No ano de 1800 o físico italiano Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta ( ), desenvolveu meios práticos de gerar um fluxo constante de eletricidade, ou seja, de elétrons. Ele descobriu que dois metais diferentes, cobre e zinco, quando colocados dentro de determinadas soluções químicas, produziam um fluxo constante de energia elétrica. Estava descoberta a Pilha de Volta. Em sua homenagem, volt passou a ser o nome da unidade de medida de diferença de potencial, que veremos mais à frente. A partir daí iniciou-se uma nova ciência, que em pouco tempo iria trazer grandes transformações na vida do homem: A eletricidade. De fato, quando acendemos uma lâmpada, observamos um raio, sintonizamos uma emissora de rádio ou televisão nada mais estamos fazendo do que colocar a energia elétrica ao nosso serviço. Mas o que seria eletricidade? De uma forma geral, diz-se que a eletricidade é uma forma de energia, potencial para executar trabalho ou realizar uma ação, podendo ser elétrica, hidráulica, mecânica, térmica etc. Tal afirmativa não é muito esclarecedora, mas não existe um modo simples de explicar a verdadeira extensão do significado da palavra eletricidade. O que podemos afirmar é que a eletricidade é desprovida de características físicas tais como cor, forma, cheiro e quase não ter peso, mas podendo ser observada por seus efeitos tais como motores girando, lâmpadas acendendo, produção de calor e podendo, em determinadas situações, até matar! ELETRICIDADE ESTÁTICA Experimente fazer a seguinte experiência: Pegue uns cinco pedacinhos de folha de caderno. Atrite uma caneta em seu cabelo. Em seguida, aproxime-a dos pedaços de papel. Você irá observar que eles serão atraídos pelo tubo da caneta. Porém, logo em seguida, esta atração cessa e os pedacinhos de papel podem soltar-se dela. Concluída a experiência temos duas perguntas: 1. Por que, após o atrito, o tubo é capaz de atrair os pedacinhos de papel? 2. Por que, uma vez atraídos os pedacinhos de papel, cessa a força de atração do tubo? Para respondermos a estas perguntas devemos lembrar do fenômeno de eletrização por atrito. O ÁTOMO Tudo que tem peso e ocupa lugar no espaço é denominado matéria. Pela física moderna, a menor parte em que podemos dividir a matéria, sem alterar suas características é o átomo. Uma barra de ferro parece um corpo compacto. No entanto ela é formada por átomos, um agrupamento de um número imenso dessas partículas invisíveis ao ser humano. Os átomos de um mesmo elemento são idênticos. Por exemplo, os da barra de Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 1 de 12

2 ferro são todos iguais, são átomos do elemento ferro. Um fio de cobre é constituído por átomos do elemento cobre. Entretanto, alguns materiais podem ser formados por dois ou mais tipos de átomos, como no caso da água, que é formada por átomos de hidrogênio e de oxigênio. Existem na natureza mais de cem tipos diferentes de átomos. Toda matéria existente é formada por um tipo desses átomos, no caso das substâncias simples ou por uma combinação de dois ou mais deles, no caso das substâncias compostas. Os elementos do átomo O átomo é constituído de uma região central, o núcleo, e por partículas que ocupam o restante de seu volume. Estas partículas são conhecidas por elétrons e ficam girando ao redor do núcleo. A região ocupada pelos elétrons e conhecida por eletrosfera. O núcleo é formado por prótons e nêutrons e nele está concentrada quase toda massa do átomo, pois os prótons e os nêutrons possuem mais massa que o elétron. Dos estudos realizados com os elementos do átomo, verificou-se que duas partículas, o próton e o elétron, possuem cargas elétricas de sinais contrários. Convencionou-se chamar de positiva a carga do próton e de negativa a carga do elétron. Os nêutrons não possuem carga elétrica tendo a função básica de equilibrar o núcleo. Na natureza o átomo é na maioria das vezes, neutro, isto é, o número de cargas positivas - prótons - é igual ao número de cargas negativas - elétrons. Isto quer dizer, por exemplo, que se um átomo possuir cinco prótons, ele deverá ter também cinco elétrons. ELÉTRONS LIVRES Os elétrons, no átomo, são distribuídos em camadas. Cada uma suporta um determinado número de elétrons. Diferentes tipos de átomos possuem diferentes números de elétrons. A camada externa é a mais importante. É ela que determina se um material, constituído por um determinado tipo de átomo, conduz energia elétrica ou não. Veremos essa condução na página 12. Os metais em geral são constituídos de poucos elétrons nessa última camada. As forças que os prendem ao núcleo são pequenas e eles podem se libertar facilmente, transformando-se em elétrons livres. Diversos fatores podem também libertá-los como, por exemplo, variações de temperatura e impactos mecânicos. Nos metais, o número desses elétrons livres é grande e são chamados de nuvem eletrônica. Percebe-se que se fosse possível controlar o movimento desta nuvem em uma só direção, teríamos um movimento ordenado de cargas elétricas. Existindo uma força que faça com que esses elétrons livres se deslocassem numa só direção, teríamos uma corrente elétrica, ou seja, um encaminhamento dos elétrons livres de um lugar para outro. E seria esta movimentação dos elétrons que acenderia uma lâmpada, faria funcionar uma televisão, aqueceria um ferro de passar roupas etc. MATÉRIA ELETRIZADA Voltando ao caso da caneta esfregada no cabelo e à resposta à primeira pergunta, vimos que a caneta perdeu elétrons, ficando positiva. Para tentar voltar à condição de equilíbrio, ela atraiu os elétrons livres do papel. Dizemos que o corpo ficou desequilibrado, ou melhor, ficou eletrizado. Nessa condição ele pode possuir elétrons a mais ou a menos e fará uma força, conforme vimos anteriormente, Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 2 de 12

3 proporcional a esse desequilíbrio, procurando se livrar dos elétrons a mais ou receber os que faltam de modo a tentar voltar novamente à condição de equilíbrio. Pode-se dizer que estes corpos se encontram carregados ou com potencial, positivo ou negativo, dependendo do tipo de carga que os desequilibram. corpo carregado positivamente corpo carregado negativamente Vemos acima dois corpos. À esquerda carregado positivamente, pois perdeu elétrons. À direita carregado negativamente, pois ganhou elétrons. Entre eles existe uma força de atração proporcional ao número de cargas que os desequilibram. Quanto maior for esta diferença, maior será a força desenvolvida para o re-equilíbrio. Dizemos então que existe uma diferença de potencial, conhecida por ddp. Essa ddp deixa os corpos alterados, tensos, ou melhor, em um estado de tensão, expressão utilizada para definir que um corpo está eletrizado. O mesmo efeito poderia ser conseguido retirando-se ou incluindo-se prótons nesse átomo. Embora possível, teríamos problemas. O núcleo de um átomo é algo que vem montado de fábrica. Para alterarmos o número de prótons precisaríamos, inicialmente, de muita energia, pois o núcleo é fortemente unido. Veremos também que ao alterarmos o núcleo alteraremos também a estrutura dele, podendo causar até mesmo sua destruição. Seriam gerados vários tipos de energia nessa destruição tais como térmica e radioativa, que poderiam causar condições inesperadas, certamente fugindo ao nosso objetivo. Partindo desse entendimento, vamos combinar que o acréscimo ou retirada será sempre de elétrons. Agora que temos a condição, que tal denominarmos uma unidade de medida para ela? Como Alessandro Volta foi o desenvolvedor de ideias e teorias sobre a ddp, seu nome foi utilizado. Assim, a unidade volt, abreviada pela letra V, define o quanto de carga um corpo possui em relação à outro. ddp maior = tensão maior = atração maior ddp menor = tensão menor = atração menor Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 3 de 12

4 CORRENTE ELÉTRICA Temos então corpos eletrizados, com carga, prontos para realizar trabalho. Esse trabalho será executado no momento em que fizermos uma interligação entre eles. Nesse momento a carga em excesso de um se deslocará em direção ao outro através desta interligação, produzindo nela um efeito que dependerá do objetivo desejado. Ela pode ser uma lâmpada, um motor ou um aparelho qualquer. Nesse momento encontramos uma outra grandeza, estudada pelo físico francês André-Marie Ampère ( ), que definiu equações, entre outras, sobre a velocidade da movimentação dessa carga entre os corpos em desequilíbrio. Ele estudou os fenômenos que ocorrem enquanto a energia trafega de um corpo ao outro. Seu nome foi utilizado como unidade de medida para essa movimentação. Quando interligamos os dois corpos, circula entre eles uma quantidade de energia que dependerá de diversos fatores. Inicialmente ela depende do tipo de aparelho que será alimentado. Se for um pequeno e simples, certamente a corrente elétrica exigida por ele também será pequena. Devemos ter em mente então que sob uma mesma tensão poderemos ter diferentes valores de corrente. Esses valores dependerão exclusivamente das características funcionais de cada aparelho. Por exemplo, numa tomada elétrica residencial, que possui 127 volts, podemos ligar um forno de microondas que consome muita energia, uma geladeira que consome uma quantidade média ou um carregador de telefone celular que possui um consumo irrisório. Embora todos possam estar ligados ao mesmo tempo nessa mesma tomada, com o uso de um T, cada um vai exigir uma quantidade diferente de energia, seguindo suas características de funcionamento. Atenção para o fato de que o uso do T é altamente condenável, uma vez que seu uso é perigoso por causar sobrecarga na tomada. Imagine: a tomada foi feita para alimentar apenas um aparelho. Com esse T serão três! Ampère então é uma unidade que está diretamente ligada ao consumo dos dispositivos. Escrevemos a unidade com o nome ampèr e abreviamos com a letra A. Consumo? Como assim? A tentativa de equilíbrio entre corpos eletrizados, está diretamente ligada ao consumo de energia que cada dispositivo que os interliga necessita para funcionar. Essa tentativa pode ser expressa por fórmulas elaboradas pelo matemático e engenheiro escocês James Watt ( ), elas são muito utilizadas e calculam a potência, ou seja, a quantidade de energia que um corpo precisa para funcionar. Com seu resultado, encontramos qual condutor utilizar, se a fonte de energia fornecerá energia suficiente, quanto calor será gerado e outras informações importantes. P = V I ou P = R I 2 Onde: P é a potência em watts - w - V é a tensão em volts I é a corrente em ampères R é a resistência em ohms (veremos essa unidade no capítulo Resistores) Um exemplo possivelmente explica melhor. Em sua sala existe uma lâmpada de 40watts, mas como você precisa de mais luminosidade então você a troca por outra de 100watts. Qual será a consequência disso? Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 4 de 12

5 Lâmpada de 40w P = V I 40 = 127 I 40/127 = I I 0,315A. Lâmpada de 100w P = V I 100 = 127 I 100/127 = I I 0,787A. Como era de se imaginar, o consumo aumentou mais que o dobro. Ainda não entendeu porque a corrente elétrica existe? Vamos tentar entendê-la de outro modo. Imagine um fio de cobre ligado aos dois lados de uma pilha. É óbvio, mas vou escrever assim mesmo: no lado positivo há um excesso de cargas positivas e no negativo um excesso de cargas negativas. Feita essa ligação, teremos um movimento de elétrons, ou seja, teremos corrente elétrica, que ocorre pois o polo positivo atrai os elétrons livres do fio, que era eletricamente neutro. Quando ele perde elétrons, que foram puxados pelo positivo da pilha, ele passa a ficar carregado positivamente. Entretanto, o fio está ligado também ao polo negativo da pilha. No instante em que o fio perde elétrons para o positivo da pilha, ele fica positivo. O negativo da pilha fornece então novos elétrons ao fio, que torna a ficar neutro. No entanto, o positivo atrai esses novos elétrons do fio e o processo se repete até que a carga da pilha se esgote. Esse processo é contínuo, ou seja, há um movimento permanente de elétrons, saindo do negativo da pilha, atravessando o condutor e chegando ao positivo. Observe que o fio de cobre não perde elétrons. O mesmo número de elétrons que é atraído pelo positivo é fornecido pelo negativo. Ao final da carga da pilha, o fio continuará neutro. Mas atenção! Nunca ligue diretamente um condutor em uma fonte de energia. Por condições que veremos mais à frente, entenderemos que o movimento explicado acima será ordenado e em um só sentido porém exageradamente rápido, gerando muito calor, podendo produzir faíscas, fogo ou explosões. Considere a experiência acima apenas em modelo hipotético e nunca prático. Sentido real x sentido convencional Aqui aparece uma dúvida: -A energia vai do polo positivo em direção ao negativo ou é ao contrário? A resposta vem com um pouco de história. No início da eletricidade, quando pouco se conhecia sobre a estrutura dos átomos, definiu-se que o sentido da corrente elétrica seguiria o fluxo de cargas positivas, ou seja, as cargas se movimentariam do polo positivo para o polo negativo. Não se sabia que nos condutores as cargas positivas, os prótons, estariam fortemente ligadas aos núcleos dos átomos e, portanto, não poderia haver fluxo delas. Quando surgiu a física subatômica descobriu-se que o movimento era dos os elétrons, entretanto, a ideia anterior já estava em uso há tanto tempo que as duas teorias passaram a ser aceitas sendo amplamente utilizadas em cálculos e representações para análise de circuitos. A primeira versão continua a ser utilizada até os dias de hoje e é chamada sentido convencional da corrente. O sentido real é a movimentação da energia que sai do polo negativo e vai em direção ao polo positivo, afinal hoje sabemos que o movimento é dos elétrons livres. Na prática qualquer um dos sentidos pode ser utilizado sem que isso apresente erros de cálculos ou quaisquer problemas práticos. A única consideração a ser feita é que devemos utilizar sempre o mesmo sentido de movimentação dentro do circuito avaliado. Existem algumas particularidades determinantes se considerarmos o meio pelo qual a energia vai circular, simplesmente por questões de física dos materiais, onde o sentido real da corrente elétrica vai depender da natureza do condutor. Nos sólidos o fluxo real da corrente é através dos elétrons livres; nos líquidos os portadores da corrente são íons positivos e íons negativos; nos gases são os íons positivos, íons negativos e elétrons livres. Mas essa informação é técnica e específica demais por enquanto e certamente voltará quando for necessário um estudo mais profundo da eletricidade. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 5 de 12

6 ATRAÇÃO E REPULSÃO DE CARGAS ELÉTRICAS Cargas elétricas de sinais diferentes se atraem. Cargas elétricas de sinais iguais se repelem. Esta lei, fundamental da eletricidade, define que dois prótons, ou dois elétrons, repelem-se e um próton e um elétron se atraem. Com base nesta lei podemos entender a experiência da caneta na primeira página. O fenômeno, que recebe o nome de eletrização por atrito, ocorreu pois o cabelo roubou elétrons da caneta, deixando-a assim carregada negativamente. Aproximando-a dos pedaços do caderno, a carga elétrica negativa dela repelirá as cargas negativas da superfície do papel, de modo que na superfície dele encontremos apenas cargas positivas. Temos então carga positiva no papel e carga negativa na caneta. Portanto, ocorre a atração entre ela e os pedacinhos de papel. Porém ao ser atraído, o papel recebe elétrons em grande quantidade, pois a massa da caneta é muito maior que a do papel, ficando carregado negativamente também. Temos agora carga negativa na caneta e carga negativa nos pedacinhos de papel. Ocorre, então, a repulsão entre ela e os pedaços de papel. EFEITO JOULE Entendemos então que a corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas elétricas e para se movimentar elas de um meio para isso. Acima vimos que o meio utilizado foi um fio de cobre, um condutor elétrico. Ao percorrer um condutor, a energia elétrica o aquece. Esse é o Efeito Joule, estudado pelo físico britânico James Prescott Joule ( ), que ocorre pois, ao se movimentarem, as cargas chocam-se umas com as outras e com os átomos do condutor, produzindo calor. O efeito joule está sempre presente nos circuitos, sendo que em algumas vezes seja exatamente o que queremos, como nos aquecedores elétricos, ferros de passar roupas, chuveiros e outros onde vamos utilizar o calor gerado. Em outras ocasiões ele é um problema. Um ventilador, por exemplo, depois de ficar uma hora ligado, se encostarmos a mão atrás dele, certamente perceberemos que ele está quente. Este calor é uma energia que foi convertida em calor, não em vento. Ou seja, em algumas vezes, muitas na verdade, o efeito joule é perda de energia. Joule mostrou que o aquecimento depende de três coisas: o quadrado da corrente, a resistência do condutor e o tempo durante o qual a corrente passa. Ele deduziu que uma corrente de 1 ampèr passando através de uma resistência de 1 ohm, durante 1 segundo, produz 0,24 calorias de calor. Q = I 2 R t onde: Q = calor gerado em calorias; I = corrente elétrica; R = resistência do condutor; t = tempo em segundos. EFEITOS MAGNÉTICOS DA CORRENTE ELÉTRICA Ao atravessar um condutor, a corrente elétrica gera outro efeito estranho: o magnético. Por magnetismo entendemos a propriedade de atração que determinados corpos exercem sobre outros. Um ímã, por exemplo, é o mais clássico de todos. Mas a coisa vai além disso pois não apenas atraímos outros corpos como também podemos induzir neles características interessantes. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 6 de 12

7 No século XIX muitos estudaram esse efeito, mas foi o físico e matemático britânico James Clerk Maxwell ( ) quem unificou todas as teorias da época. Resumindo bastante, de modo a encontrarmos mais utilizações práticas e menos teorias complexas, podemos entender duas condições distintas: 1º - Todo condutor ao ser percorrido por corrente elétrica, produz em torno dele campo eletromagnético. Ou seja, ao ligarmos um dispositivo qualquer em uma fonte de tensão, será iniciada uma corrente elétrica que parte de um polo ao outro dessa fonte. O caminho a ser seguido será pelo condutor. Em torno deste condutor, que servirá de caminho para a energia elétrica, será gerado o efeito eletromagnético, conforme figura abaixo: A seta indica o sentido da corrente elétrica que percorre o condutor. O condutor aparece no centro, dentro dos círculos. Os círculos são os campos eletromagnéticos que se formam em torno dele pela passagem da corrente elétrica. É muito importante saber que: A intensidade, a força, do campo eletromagnético gerado vai depender de: Intensidade da corrente elétrica - quanto maior a corrente, maior o campo eletromagnético gerado; Comprimento do condutor - quanto maior o condutor, maior o campo eletromagnético gerado. 2º - Todo condutor quando inserido em um campo magnético em movimento, gera em suas extremidades energia elétrica. Imagine uma região onde sabemos que exista um campo magnético qualquer, figura 1. O condutor, figura 2, deve ser inserido dentro daquele campo da figura 1, ficando como na figura 3. Nesse momento temos a produção de energia elétrica, a seta azul. Esse campo deve estar em movimento, ou seja, ser for um magnetismo vindo de um ímã, este deverá estar se movimentando, balançando. Se for um campo eletromagnético, produzido por outra fonte de energia elétrica, ela deverá ser contínua pulsante ou alternada. Veremos essas duas fontes a seguir. A intensidade da energia elétrica produzida será diretamente proporcional à intensidade do campo magnético e ao comprimento do condutor. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 7 de 12

8 CORRENTE CONTÍNUA (cc) e CORRENTE ALTERNADA (ca) Partindo do princípio do entendimento do que é eletricidade, como ela se forma e como é seu fluxo, vamos ver agora os dois tipos básicos que temos à disposição. Inicialmente devemos ter em mente que todo dispositivo que gera, ou fornece energia elétrica, é chamado gerador. Seu símbolo internacional é visto abaixo. No caso da cc, a linha vertical de maior comprimento indica o positivo, podendo, ou não, vir acompanhado do sinal +. No caso da ca o símbolo sempre será acompanhado da senóide. símbolo do gerador cc símbolo do gerador ca Corrente Contínua - cc A cc é, segundo definições técnicas, um tipo de energia elétrica em que seu valor pode ser, ou não, constante com a passagem do tempo mas, obrigatoriamente, manter sempre o mesmo sinal e possuir apenas um só sentido de movimentação. Por si só esta definição não ficou muito clara. Mas vejamos. Analisando uma pilha comum percebemos que ela é constituída de uma paçoca de substâncias químicas embaladas em um recipiente, que fornece ddp de 1,5 volts, trazendo indicada sua polaridade. Início de uma observação muito importante: Lembre-se que corpos eletrizados possuem uma carga limitada. Quando este limite é atingido, eles se tornam neutros, fazendo a ddp quase ou igual a zero, ficando assim descarregados. Em termos de comparação, podemos imaginar que se existirem 1000 elétrons livres no polo negativo, uma pilha vai se descarregar quando todos eles passarem para o lado positivo através do aparelho que estiver ligado nela. Nunca se esqueça de que estes 1000 elétrons podem passar rápida ou lentamente de um polo ao outro. No caso de um aparelho que gaste muito, os elétrons vão passar depressa do negativo ao positivo e assim nossa pilha estará indo embora rapidinho. Ao contrário, se nosso aparelho for econômico, os 1000 elétrons vão demorar a trocar de polo fazendo a pilha durar mais. Memorize: as pilhas vão durar sempre por um tempo inversamente proporcional ao consumo. Outra coisa importante é que as pilhas comuns, ou as alcalinas, funcionam por um princípio de reações químicas e, uma vez que essas reações acabam, de nada adianta colocá-las na geladeira, cozinhá-las ou qualquer outra coisa. O certo é descartá-las adequadamente e utilizar outras novas. As pilhas recarregáveis, NiCd (Níquel Cádmio), LiIon (Lítio Íon) ou NiMH (Níquel Metal Hidreto), funcionam com outro princípio e precisam de aparelhos eletrônicos especiais para a recarga. Fim da observação muito importante. Voltando ao assunto. Nossa pilha possui um lado negativo, repleto de elétrons, e um positivo, onde eles faltam. Assim, uma ligação feita entre esses polos nos dará um fluxo constante que parte do negativo e vai ao positivo, sentido real, em uma movimentação constante. Podemos dizer então que ela oferecerá uma corrente contínua que sempre vai do negativo ao positivo e com um valor fixo. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 8 de 12

9 Como exemplos de geradores de cc temos as pilhas, baterias automotivas, acumuladores e outros similares, essencialmente todos eles funcionando através de reações químicas. A maioria dos circuitos eletrônicos funciona com energia que circula em um único sentido, a cc, destacando dentre eles os rádios, celulares, mp3, relógios e um bilhão de outras coisas. O gráfico da corrente contínua pode ser visto na figura abaixo. Observe que o eixo horizontal é do tempo e o vertical da tensão. Cada divisão do eixo Volts equivale a 0,5volt e as divisões do eixo Tempo valem um segundo. Nota-se então que nosso gráfico é de uma fonte que fornece 1,5 volt e que, passados dez segundos, o valor da tensão não se alterou. No exemplo acima vemos que não se apresentam variações com o passar do tempo e situandose acima da linha do zero. Ela é conhecida por corrente contínua pura positiva. Entretanto, a corrente contínua pode se apresentar em outras formas. No gráfico abaixo vemos outro tipo onde percebemos que ela se mantém constante com o passar do tempo exatamente como a anterior. A diferença é que ela se mantém todo o tempo com o valor negativo. É chamada corrente contínua pura negativa. O termo pura vem da não variação da tensão com o passar do tempo. Mas essa variação pode acontecer. Veja abaixo. Percebemos que a tensão varia com o passar do tempo, mas seu sinal não se inverte, ou seja, ela se mantém sempre do lado positivo do gráfico. Pode até mesmo chegar a zero, como aconteceu entre o 4º e 5º segundos, mas nunca abaixo dele. Ela é chamada de corrente contínua oscilante positiva. O nome oscilante pode variar entre autores, podendo ser pulsante, pulsátil, oscilativa, pulsativa. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 9 de 12

10 Nem precisava dizer mas o mesmo pode acontecer no caso de ela se manter abaixo de zero todo o tempo. É a corrente contínua oscilante negativa. Corrente Alternada - ca Um pouco mais complexa, a ca é produzida em processos mecânicos, condição que a faz variar seu valor e seu sinal com o passar do tempo. Vamos analisá-la da seguinte forma: cada divisão do eixo Volts vale um volt e o eixo Tempo um segundo cada divisão. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 10 de 12

11 No ponto 0, onde os eixos V e T se cruzam, tanto o valor da tensão quanto o tempo são zero, ou seja, é aí que tudo começa. Passados 2 segundos, veja ponto A, temos 5 volts. Quando chegarmos aos 4,5 segundos, veja ponto B, a tensão chegou ao máximo, 6 volts. A partir daí a tensão tende a cair até que, aos 9 segundos, a tensão voltou a zero, veja no ponto C. Agora é que vem a característica principal da ca: observe o ponto D, ele representa o passar de 11 segundos e a tensão agora está negativa, tendo como valor -4,5 volts. Aos 13,5 segundos chegamos ao limite inferior de tensão, -6 volts. Finalizando temos o ponto F, quando a tensão volta a zero. Após este ponto o que ocorre é uma repetição de todo o ciclo não parando até que seja a energia desligada. A ca é caracterizada exatamente por este sai do zero vai ao máximo positivo, volta ao zero, vai ao máximo negativo e volta ao zero, infinitamente. Observe que a variação do valor da tensão é sempre proporcional ao tempo decorrido. Normalmente, a não ser em projetos bem específicos, o gráfico será sempre simétrico, ou seja, o valor que ele alcançar no lado positivo será o mesmo no negativo. Devido a isso, podemos encontrar especificações em componentes desse modo: ligar em ca de ou ligar em Equipamentos alimentados por ca não possuem polaridade. Apenas os cc possuem lado certo para serem ligados. Isto quer dizer que a ca não tem positivo ou negativo definidos já que ela fica alternando o tempo todo. Se não fosse assim teríamos grandes problemas: imagine você em pé, perto da geladeira, mudando o plugue da tomada de posição, virando-o e desvirando-o, para que a geladeira só recebesse o positivo de um lado e o negativo do outro... Engraçado mas realmente problemático devido a característica da frequência, que veremos mais abaixo. Denominações importantes O tipo de gráfico da ca é chamado onda senoidal ou senóide, esta cobrinha que fica subindo e descendo no gráfico; O ponto B é conhecido como pico ou crista que representa exatamente qual é o maior valor atingido pela senóide. O ponto B e o ponto E são picos. A diferença é que B é o pico positivo e E é o pico negativo; Quando nos referimos a onda inteira, que começa no tempo 0 e vai até 18, falamos ciclo completo ou onda completa; O intervalo entre o tempo 0 e 9 é chamado de semi-ciclo positivo. Do tempo 9 ao 18, semiciclo negativo. FREQUÊNCIA É o termo que define quantas vezes um evento ocorre em um determinado espaço de tempo. Condições que envolvem tal definição foram analisadas pelo físico alemão Heinrich Rudolf Hertz ( ). Em homenagem à ele, Hertz, abreviado por Hz, é o nome da unidade de medida de frequência, que utiliza um segundo como o tempo. No caso da senóide vista acima, encontrada nas tomadas elétricas residenciais de nosso País, ela se repete 60 vezes por segundo, ou seja, 60 hertz. Na Europa é encontrada a frequência de 50 hertz, o que em termos práticos não interfere na maioria dos equipamentos modernos. Nos mais antigos, ou nos que utilizam motores, eles funcionarão mais rápido, o que pode inutilizá-los ou funcionarem inadequadamente. Assim sendo, a parte engraçada vista dois parágrafos acima, se deve ao fato de ser impossível para uma pessoa trocar manualmente a posição da tomada 60 vezes por segundo. Claro que se isso for necessário, pode ser construído um dispositivo eletrônico que faça automaticamente esse troca-troca de polaridade. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 11 de 12

12 CONDUTORES E ISOLANTES Pois bem, sob formas bem específicas, todos os materiais podem conduzir energia elétrica. Alguns de modo simples e rápido, outros com maior dificuldade ou até impossibilidade. O que define se um material vai conduzir ou não energia elétrica são as ligações em sua estrutura atômica ou molecular. Condutores Falando de modo técnico podemos dizer que os metais são bons exemplos de condutores. Em seus átomos, os elétrons da região externa da eletrosfera mantêm uma ligação muito fraca com o núcleo. Assim sendo, em uma barra de metal, os elétrons das camadas mais afastadas dos núcleos de seus átomos circulam livremente de um átomo para outro, sem direção definida. Esta é a definição de elétrons livres. Os átomos que perdem elétrons os readiquirem com facilidade dos átomos vizinhos, para voltar a perdê-los depois e assim sucessivamente. Devido à essa facilidade de fornecer elétrons livres, os metais são usados para fios, cabos e aparelhos elétricos. São exemplos os metais em geral tais como ferro, níquel, ouro, platina, cobre, prata entre outros. Dentre os líquidos podemos destacar as soluções ácidas, as bases e os sais. A água comum, de torneira, é condutora pois apresenta vários elementos como cloro, flúor, sal mineral. Já a deionizada ou desmineralizada, são isolantes. E antes que alguém pergunte, e para deixar claro de vez, o melhor condutor elétrico é a prata. Isolantes São materiais que possuem poucos elétrons livres e que resistem ao fluxo dos mesmos. Apresentam altos valores de resistência elétrica e por isso não permitem a livre circulação de cargas elétricas ou deixam passar apenas uma parcela muito pequena dela. Seus átomos têm grande dificuldade em ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas eletrônicas. Dentre os vários exemplos possíveis, destacamos os plásticos, silicone, borracha, vidro, madeira etc. Rigidez dielétrica É um valor limite de tensão, a partir do qual, os átomos que compõem o material isolante se ionizam e passam a funcionar como condutor. Um pedaço de madeira, por exemplo, só pode ser considerado isolante até uma determinada tensão. Se a elevarmos a certos níveis, ele pode se tornar um condutor de eletricidade. Esse valor varia entre materiais e, como exemplo, pode ser citado o ar, que é isolante. Se a diferença de potencial entre dois pontos que estejam distantes 1 centímetro ultrapassar 30 mil volts, o ar que os separa deixa de ser isolante e passa a conduzir, criando um arco voltaico, ou seja, uma faísca. Eletrônica Básica - 10/3/ Prof. Dário - Informática - IFET-JF - 12 de 12