Princípios de Circuitos Elétricos. Prof. Me. Luciane Agnoletti dos Santos Pedotti

Transcrição

1 Princípios de Circuitos Elétricos Prof. Me. Luciane Agnoletti dos Santos Pedotti

2 Agenda Noções básicas de circuitos elétricos: Corrente; Tensão; Fontes de Corrente Contínua; Condutores e Isolantes; Semicondutores; Amperímetros e Voltímetros; Aplicações; Resistência: Fios Circulares; Tabela de Fios; Resistência: Unidades Métricas; Efeitos da Temperatura; Supercondutores; Tipos de Resistores; Código de Cores; Condutância; Ohmímetros; Termistores; Célula Fotocondutora; Varistores;

3 Corrente Elétrica

4 Corrente Elétrica

5 Corrente Elétrica A tensão aplicada é o mecanismo de partida; a corrente é uma reação à tensão aplicada Se 6,242x10 18 elétrons (1C) passam através do plano imaginário em 1 segundo, diz-se que o fluxo de carga, ou corrente, é de 1 ampère (A)

6 André Marie Ampère ( ) Matemático e Físico Introduziu a eletrodinâmica Construiu o primeiro solenoide

7 Corrente elétrica Mesmo uma pequena passagem de corrente pode ser fatal ao ser humano Trate a eletricidade com respeito e não com medo.

8 Efeitos da Corrente Elétrica no Organismo Humano

9 Tensão Toda fonte de tensão é estabelecida com a simples criação de uma separação de cargas positivas e negativas Se um total de 1J de energia é usado para mover a carga negativa de 1C, há uma diferença de potencial de 1V (volt) entre os dois pontos

10 Tensão

11 Alessandro Volta ( ) Físico Professor em Pávia, Itália Desenvolveu a fonte de energia elétrica por reação química Desenvolveu o capacitor

12 Tensão Ambos os terminais devem estar conectados para definir a tensão aplicada.

13 Tensão

14 Tensão

15 Fontes de Tensão Corrente Contínua (CC) Em inglês -> Direct Current (DC) Fonte de tensão CC Fonte de corrente CC

16 Fonte de Tensão Fontes CC podem ser divididas em: Baterias (reação química) Geradores (eletromecânica) Fontes de alimentação (retificação)

17 Célula alcalina cilíndrica Baterias

18 Baterias Para baterias do mesmo tipo, o tamanho é ditado fundamentalmente pela corrente drenada padrão ou pela especificação àmpere-hora, não pela especificação de tensão terminal.

19 Baterias

20 Baterias

21 Baterias Baterias chumbo-ácido (recarregáveis)

22 Células Solares Converte luz do sol em energia elétrica

23 Células Solares Recentemente o rendimento de quase 20% na conversão foi obtido em laboratório. Atualmente, para 100mW/cm², obtém-se de 10 a 14mW, eficiência de 10 a 14 %.

24 Geradores CC Aplica-se um torque no eixo do rotor e obtem tensão na armadura do gerador

25 Fontes de Alimentação

26 Condutores e Isolantes Condutores Permitem o fácil deslocamento de corrente elétrica por ele Isolantes Cobre, Alumínio, Ouro Possuem poucos elétrons livres e precisam de um potencial elétrico muito elevado para estabelecer corrente elétrica Vidro, Teflon, Borracha

27 Condutividade Relativa

28 Rigidez Dielétrica

29 Semicondutores Determinado grupo de elementos químicos cujas características são intermediárias entre as do condutores e a dos isolantes. Possuem 4 elétrons na camada de valência. Mais utilizados são Silício, Germânio e Arseneto de Gálio

30 Amperímetros e Voltímetros Voltímetro

31 Amperímetros e Voltímetros Amperímetro

32 Resistência Elétrica Característica elétrica dos materiais de oposição a passagem de corrente elétrica Os elétrons tem dificuldade de se movimentar pela estrutura atômica dos materiais. Representada pela letra R e tem como unidade o Ω (Ohm)

33 Resistência Elétrica Depende: Da natureza do material Da temperatura Das dimensões

34 Experimento Primeira Lei do Ohm

35 Corrente (A) Primeira Lei de Ohm Tensão (V)

36 Primeira Lei de Ohm V = R. I

37 Condutância Expressa a facilidade com que a corrente elétrica atravessa os materiais Ω 1 ou G = 1 R Siemens

38 Resistência Ôhmicas e não Ôhmicas Comportamento ôhmico Linear Maioria

39 Resistência Ôhmicas e não Ôhmicas Comportamento não ôhmico Não-Linear

40 Curto-circuito Quando ligamos um condutor (R = 0Ω) diretamente a fonte de energia, a corrente tende a ser extremamente elevada Curto-circuito Essa condição deve ser evitada Calor intenso (efeito Joule) Provocar incêndio Danificar a instalação

41 Curto Circuito

42 Resistor Dispositivo, que em condições normais, mantém sua resistência constante

43

44 Exemplos

45 Resistor

46 Resistências Variáveis Para fazer ajustes nos circuitos

47 Valores comerciais para Resistências Variáveis Múltiplos e submúltiplos Décadas para Resistências Variáveis Linear ou Logarítmico

48 Potenciômetro Tipos de aplicações de resistências variáveis Atuação constante do usuário (ajuste de Volume de áudio)

49 Trimpot Tipos de aplicações de resistências variáveis Calibração Trimpots multivoltas

50 Reostato Tipos de aplicações de resistências variáveis Aplicações de alta potência

51 Ohmímetro Instrumento utilizado para medir a resistência elétrica

52 Ohmímetro Utilizado para medir a resistência de um componente Jamais conecte um ohmímetro a um circuito energizado

53 Segunda Lei do Ohm Estabelece a relação entre a resistência do material com suas dimensões e temperatura R = ρ. L S ρ resistividade Ω. m L comprimento (m) S área de seção transversal (m²)

54 Tabela de Resistividade ρ (20 C)

55 Exemplo 1 Calcule a resistência de uma placa de Alumínio com as dimensões de LxH = 10cmx5cm com 0,5m de comprimento. H L Comprimento

56 Exemplo 2 Calcule a resistência de uma placa de Cobre com raio de 15cm e 2,5m de comprimento. Raio Comprimento

57 Resistência X Temperatura A resistividade depende da temperatura Coeficiente de temperatura ρ = ρ o 1 + α. ΔT ρ resistividade Ω. m a temperatura T ρ o resistividade Ω. m a temperatura de referência T o ΔT = T T o variação de temperatura ( C) α Coeficiente de temperatura do material ( C -1 )

58 Tabela dos coeficientes de temperatura

59 Exemplos de Aplicações

60 Supercondutores São condutores de eletricidade que para fins práticos tem resistência igual a zero.

61 Supercondutores

62 Termistores É um dispositivo semicondutor de dois terminais cuja resistência é sensível a variação de temperatura

63 Varistores Resistência depende da tensão aplicada. Aplicação: aquecedor elétrico

64 Fios Circulares

65 Exercícios