Eletricidade. Aula 1. Condutores, Isolantes e Semicondutores
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- Eric César Stachinski
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1 Eletricidade Aula 1 Condutores, Isolantes e Semicondutores
2 Livro ELETRICIDADE Avaliações Provas 100 pontos lesp-ifmg.webnode.com 2
3 Teoria eletrônica da matéria 3
4 Ionização 4
5 Definição de eletricidade 5
6 Condutores, semicondutores e isolantes Condutores Oferecem baixa resistência a eletricidade Ex.: prata, cobre, ouro, ferro e alumínio Isolantes Resistentes a eletricidade Ex.: ar, vidro, borracha, plástico, papel e porcelana Semicondutores Se comportam como um condutor em altas temperaturas e como um isolante em baixas temperaturas Materiais semicondutores: silício e germânio 6
7 7
8 Verificador de continuidade Determina a capacidade de conduzir eletricidade de componentes elétricos fora de seus circuitos normais Não deve ser utilizado em circuitos energizados 8
9 Dispositivos elétricos e eletrônicos Qualquer dispositivo que funcione com eletricidade é um dispositivo elétrico Para ser classificado como eletrônico, o dispositivo deve operar usando semicondutores 9
10 Eletricidade Aula 2 Fontes e características da eletricidade
11 Eletricidade estática Carga elétrica em repouso acumulada na superfície de um material Formas de produção: 1. Atrito 2. Contato 3. Indução 11
12 Produzindo uma carga estática Atrito Atritando dois materiais diferentes, um material transfere elétrons para o outro Útil para carregar isolantes 12
13 Produzindo uma carga estática Contato Se um objeto carregado toca um condutor, parte da carga é transferida para o condutor, que fica carregado com a mesma carga do objeto Útil para carregar condutores 13
14 Produzindo uma carga estática Indução Usado para produzir uma carga de polaridade oposta. Útil para carregar condutores 14
15 Indução Produzindo uma carga estática 15
16 Lei das cargas eletrostáticas Cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem Campo elétrico: força entre os objetos carregados A força entre dois objetos carregados varia diretamente com a quantidade de carga nos objetos e inversamente com o quadrado da distância entre eles 16
17 Campo elétrico 17
18 Raios Descarga de eletricidade estática resultante da acumulação de cargas em uma nuvem 18
19 Proteção antiestáticas A eletricidade estática é capaz de danificar dispositivos microeletrônicos Embalagens, calçados e pulseiras antiestáticos evitam descargas perigosas entre corpos e objetos 19
20 Aplicações Filtro de ar eletrônico Utiliza placas carregadas positiva e negativamente para remover partículas de sujeira 20
21 Aplicações - Fotocopiadora A fotografia e a eletricidade estática possibilitam uma fotocopiadora produzir cópias de documentos O tambor, eletrostaticamente carregado, quando exposto a luz atrai partículas do toner e reproduz a imagem do documento original no papel por calor e pressão. 21
22 Eletricidade Aula 3 Fontes e características da eletricidade
23 Eletricidade dinâmica Carga elétrica em movimento Fluxo de elétrons em um condutor (corrente elétrica) Força eletromotriz: provoca a corrente elétrica 23
24 Corrente elétrica Classificada como contínua (CC) ou alternada (CA) CC: valor constante em um único sentido CA: o fluxo de elétrons varia de sentido e valor 24
25 LUZ Fontes de força eletromotriz Convertida em eletricidade por células fotovoltaicas 25
26 REAÇÃO QUÍMICA Fontes de força eletromotriz Baterias convertem energia química em energia elétrica 26
27 CALOR Fontes de força eletromotriz Convertido em eletricidade por um termopar 27
28 EFEITO PIEZOELÉTRICO Fontes de força eletromotriz Transforma energia mecânica em elétrica 28
29 Fontes de força eletromotriz MECÂNICA-MAGNÉTICA Princípio de funcionamento dos geradores elétricos Um gerador pode ser projetado para produzir CA ou CC 29
30 Eletricidade Aula 4 Unidades elétricas básicas
31 Fluxo de elétrons em um condutor Corrente elétrica (I) Medida em ampères (A) Classificada em CC e CA Amperímetro: mede a corrente elétrica e é ligado em série num circuito 31
32 Corrente elétrica (I) 32
33 Tensão elétrica (V, E ou fem) Diferença de cargas elétricas entre dois pontos Impulsiona a corrente através de um condutor Medida em volts (V) Voltímetro: mede a tensão e é conectado em paralelo entre dois pontos. 33
34 Tensão elétrica (V, E ou fem) 34
35 Oposição a corrente elétrica, dificulta o fluxo de corrente Medida em ohms, representado pela letra grega ômega (Ω) A resistência transforma a energia elétrica em outra forma de energia calor, luz Resistência elétrica (R) Ohmímetro: mede a resistência, nunca deve ser conectado a circuitos energizados 35
36 Resistência elétrica (R) 36
37 Eletricidade Aula 5 Unidades elétricas básicas
38 Potência elétrica (P) Quantidade de energia elétrica convertida em outra forma de energia P = V x I Unidade de medida: watts (W) 38
39 Medida pelo wattímetro Potência elétrica (P) O wattímetro é basicamente um voltímetro e um amperímetro combinados 39
40 Potência elétrica (P) A potência nominal de uma lâmpada indica a taxa na qual o dispositivo converte energia elétrica em luz Quanto mais rápida a conversão, maior o brilho Ferros elétricos de potência elevada transformam a eletricidade em calor mais rapidamente e operam em temperaturas mais elevadas 40
41 Energia dos elétrons em movimento Energia elétrica (E) Unidade de medida: Joule (J), Watt-hora (Wh) E = P x h 41
42 Relação entre corrente, tensão e resistência 42
43 Relação entre corrente, tensão e resistência 43
44 Lei de Ohm A corrente é diretamente proporcional à tensão e inversamente proporcional à resistência V = R x I 44
45 Sentido do fluxo de corrente 45
46 Eletricidade Aula 6 Circuitos simples, série e paralelo
47 As três grandezas fundamentais 47
48 48
49 Componentes básicos de um circuito elétrico 49
50 Componentes básicos de um circuito elétrico A fonte de alimentação fornece energia elétrica e cria uma tensão entre seus terminais A energia é transportada através do circuito pela corrente através dos condutores que oferecem um caminho de baixa resistência A carga transforma a energia elétrica em outra forma de energia 50
51 Componentes básicos de um circuito elétrico Os dispositivos de controle controlam o fluxo de corrente, ou ligam e desligam os circuitos 51
52 Componentes básicos de um circuito elétrico Os dispositivos de proteção abrem o circuito no caso do fluxo de uma corrente excessivamente alta 52
53 Símbolos de circuito Representam os componentes de um circuito Tornam os diagramas de circuitos mais fáceis de entender Nem todos os símbolos são padronizados Alguns símbolos não se parecem com o dispositivo real 53
54 Símbolos de circuito 54
55 Símbolos de circuito 55
56 Símbolos de circuito 56
57 Símbolos de circuito 57
58 Diagrama esquemático Utiliza símbolos para representar os componentes Preza a simplicidade, enfatizando a operação do circuito 58
59 Diagrama pictórico Mostra os detalhes físicos do circuito Desvantagem: para circuitos complexos o método é inviável 59
60 Diagrama elétrico Mostra a conexão real e a localização dos componentes 60
61 Diagrama de blocos Representa as partes principais de sistemas complexos Cada bloco representa circuitos com funções específicas 61
62 Diagrama unifilar Simplifica um circuito omitindo as funções auxiliares 62
63 Eletricidade Aula 7 Circuitos simples, série e paralelo
64 Circuito simples Possui um dispositivo de controle, uma carga e uma fonte de tensão conectados em série 64
65 Circuito série Cargas em série Há apenas um caminho para a corrente Cada carga em série recebe um parte da tensão da fonte A tensão recebida é diretamente proporcional a resistência 65
66 Circuito série Dispositivos de controle em série Resulta no dispositivo de controle tipo AND Chaves em série são utilizadas por razões de segurança 66
67 Circuito paralelo Cargas em paralelo Cargas conectadas nos terminais de uma fonte de tensão estão em paralelo 67
68 Circuito paralelo Cargas em paralelo Cada carga opera independente das outras Isso ocorre porque há tantos caminhos de corrente quanto existem cargas A corrente que cada carga em paralelo absorve é inversamente proporcional ao valor de sua resistência 68
69 Circuito paralelo Cargas em paralelo 69
70 Circuito paralelo Dispositivos de controle em paralelo Dispositivos de controle com seus terminais conectados entre si, estão conectados em paralelo Resultando no dispositivo de controle tipo OR A luz de teto dos automóveis é um exemplo desta conexão A luz será ligada quando o interruptor da porta do passageiro OU o da porta do motorista for ativado 70
71 Circuito paralelo Dispositivos de controle em paralelo 71
72 Projetos de circuitos O que você quer que o circuito faça? Que tipos de diagramas elétricos são necessários? O que deve ser feito primeiro, segundo e assim por diante? Exemplo: circuito com duas lâmpadas de 12 V em paralelo controladas por um pushbuttom 72
73 Projetos de circuitos Passo 1: Desenhe o diagrama esquemático do projeto 73
74 Projetos de circuitos Passo 2: Atribua um número a cada terminal de cada componente e agrupe os números de terminais comuns 74
75 Projetos de circuitos Passo 3: Enumere os terminais de cada componente no quadro de fiação com os mesmos números atribuídos no diagrama esquemático 75
76 Projetos de circuitos Passo 4: Interconecte os terminais usando a quantidade mínima de fio Diagrama de fiação 76
77 Circuitos elétricos experimentais Protoboard: placa com furo e conexões condutoras para a montagem de circuitos elétricos experimentais 77
78 Circuitos simulados no computador Permite experimentos com circuitos elétricos sem o uso de instalações laboratoriais Programas: Pspice, Multisim, EWB 78
79 Eletricidade Aula 8 Medição de tensão, corrente e resistência
80 Medidores analógicos e digitais Os três instrumentos de testes elétricos básicos são o voltímetro, o amperímetro e o ohmímetro Utilizados para medir a tensão, a corrente e a resistência Podem ser analógicos ou digitais 80
81 Medidores analógicos e digitais 81
82 Leitura dos medidores medidores analógicos 82
83 Leitura dos medidores medidores analógicos 83
84 Leitura dos medidores medidores digitais 84
85 Leitura dos medidores medidores digitais 85
86 Medição de tensão 86
87 87
88 88
89 Medição de corrente 89
90 Medição de corrente 90
91 Transformador de instrumento 91
92 Eletricidade Aula 9 Medição de tensão, corrente e resistência
93 Medição de resistência 93
94 Medição de tensão, corrente e resistência Medição de resistência 94
95 Medição de resistência 95
96 Medição de resistência 96
97 Segurança com medidores Nunca use um ohmímetro em um circuito energizado Nunca use um amperímetro em paralelo Nunca sobrecarregue um amperímetro ou voltímetro tentando medir correntes ou tensões superiores à faixa de medição ajustada no instrumento Comece a medição com as faixas mais altas do instrumento quando o valor a ser medido é desconhecido 97
98 Segurança com medidores Nunca meça tensões desconhecidas em circuitos de alta tensão Verificar se há desgaste ou perda de isolação das pontas de prova do medidor antes de utilizá-las Evite tocar as partes metálicas e sem isolação das pontas de prova 98
99 Características dos multímetros Impedância de entrada: Resistência total dos componentes de medição de tensão, quanto maior a resistência maior a precisão da medição Ajuste automático de escala: Escala ajustada automaticamente para as faixas de corretas de corrente, tensão ou resistência Ajuste automático de polaridade: Um + ou um no display indica a polaridade de medições CC 99
100 Características dos multímetros Hold: Captura a leitura medida e a exibe a partir da memória mesmo depois de a ponta de prova ter sido removida do circuito Tempo de resposta: Tempo necessário para um multímetro digital estabilizar dentro de sua exatidão nominal 100
101 True RMS Características dos multímetros 101
102 Medidores virtuais 102
103 Eletricidade Aula 10 Lei de Ohm
104 Unidades elétricas e prefixos 104
105 Unidades elétricas e prefixos 105
106 Unidades elétricas e prefixos 106
107 Unidades elétricas e prefixos 107
108 Unidades elétricas e prefixos 108
109 Eletricidade Aula 11 Lei de Ohm
110 Lei de Ohm Expressa a relação entre a tensão, a corrente e a resistência A corrente é diretamente proporcional à tensão e inversamente proporcional à resistência. V = R x I 110
111 Lei de Ohm Um aquecedor elétrico com R = 15 Ω é conectado a uma tomada de 120 V. Calcule a corrente. 111
112 Lei de Ohm Um aquecedor elétrico com R = 15 Ω é conectado a uma tomada de 120 V. Calcule a corrente. 112
113 Lei de Ohm Calcule a corrente para o circuito abaixo. 113
114 Lei de Ohm Calcule a corrente para o circuito abaixo. 114
115 Lei de Ohm Um gerador CC fornece 2,5 A para uma lâmpada com R = 50 Ω. Calcule a tensão de saída do gerador. 115
116 Lei de Ohm Um gerador CC fornece 2,5 A para uma lâmpada com R = 50 Ω. Calcule a tensão de saída do gerador. 116
117 Lei de Ohm Uma célula solar fornece uma corrente de 2,5 ma para uma carga de 500 Ω. Calcule a tensão de saída da célula. 117
118 Lei de Ohm Uma célula solar fornece uma corrente de 2,5 ma para uma carga de 500 Ω. Calcule a tensão de saída da célula. 118
119 Lei de Ohm Uma chaleira elétrica drena 8 A quando conectada a uma tomada de 120 V. Calcule a resistência da chaleira. 119
120 Lei de Ohm Uma chaleira elétrica drena 8 A quando conectada a uma tomada de 120 V. Calcule a resistência da chaleira. 120
121 Lei de Ohm Calcule a resistência do circuito abaixo. 121
122 Lei de Ohm Calcule a resistência do circuito abaixo. 122
123 Fórmulas de potência Lei de Ohm 123
124 Lei de Ohm Um aquecedor elétrico drena uma corrente de 8 A quando conectado a uma tensão de 120 V. Calcule sua potência. 124
125 Lei de Ohm Um aquecedor elétrico drena uma corrente de 8 A quando conectado a uma tensão de 120 V. Calcule sua potência. 125
126 Lei de Ohm Uma corrente de 30 A está sendo fornecida a um fogão elétrico. A resistência total do fio usado para fornecer essa corrente é de 0,1 Ω. A potência perdida no fio é: 126
127 Lei de Ohm Uma corrente de 30 A está sendo fornecida a um fogão elétrico. A resistência total do fio usado para fornecer essa corrente é de 0,1 Ω. A potência perdida no fio é: 127
128 Lei de Ohm Um resistor de 48 Ω é conectado a uma fonte de 6 V. Calcule a potência dissipada pelo resistor. 128
129 Lei de Ohm Um resistor de 48 Ω é conectado a uma fonte de 6 V. Calcule a potência dissipada pelo resistor. 129
130 Eletricidade Aula 12 Resistores
131 Resistores Os aparelhos elétricos podem ser separados em dois grupos: Ativos: fornecem energia elétrica (fontes) Passivos: absorvem energia elétrica (resistores) Aplicações dos resistores: 1. Gerar calor 2. Limitar corrente 3. Dividir a tensão 131
132 Resistores de carbono Tipos de resistores Resistores em chip Resistores de potência 132
133 Resistor fixo Funcionamento dos resistores Resistor ajustável 133
134 Funcionamento dos resistores Resistor variável reostato e potnciômetro 134
135 Código de cores dos resistores 135
136 Código de cores dos resistores 136
137 Código de cores dos resistores Determine a resistência de um resistor que possui as seguintes bandas de cores: 137
138 Código de cores dos resistores Determine a resistência de um resistor que possui as seguintes bandas de cores: 138
139 Código de cores dos resistores Qual seria o código de cores para um resistor de uso geral com quatro bandas de 500 Ω com tolerância de ± 5%? 139
140 Código de cores dos resistores Qual seria o código de cores para um resistor de uso geral com quatro bandas de 500 Ω com tolerância de ± 5%? 140
141 Código de cores dos resistores Determine a resistência de um resistor de precisão de cinco bandas que contém as seguintes bandas de cores: 141
142 Código de cores dos resistores Determine a resistência de um resistor de precisão de cinco bandas que contém as seguintes bandas de cores: 142
143 Eletricidade Aula 13 Resistores
144 Conexão série de resistores 144
145 Conexão série de resistores Três resistores estão conectados em série, R1 = 25 Ω, R2 = 50 Ω e R3 = 75 Ω. Qual é a resistência total do circuito? 145
146 Conexão série de resistores 146
147 Conexão série de resistores Calcule o valor da queda de tensão através de cada resistor: 147
148 Conexão série de resistores Calcule o valor da queda de tensão através de cada resistor: R R R R T T R I E 24 R 10 T T 2,4 A E R I 3 2,4 7, 2 V 1 1 E R I 6 2,4 14,4 V 2 2 E R I 1 2,4 2,4 V
149 Conexão paralela de resistores 149
150 Conexão paralela de resistores Para encontrar a resistência total de dois valores desiguais de resistores em paralelo, calcula-se o produto sobre a soma das resistências: 150
151 Conexão paralela de resistores R1 = 60 Ω é conectado em paralelo R2 = 40 Ω. Qual a resistência total? 151
152 Conexão paralela de resistores R1 = 60 Ω é conectado em paralelo R2 = 40 Ω. Qual a resistência total? 152
153 Conexão paralela de resistores Para mais de dois resistores conectados em paralelo, a fórmula usada para a resistência total é: 153
154 Conexão paralela de resistores Resistores de 120 Ω, 60 Ω e 40 Ω estão em paralelo. Determine o valor da resistência total. 154
155 Conexão paralela de resistores Resistores de 120 Ω, 60 Ω e 40 Ω estão em paralelo. Determine o valor da resistência total. 155
156 Conexão paralela de resistores Um circuito paralelo é chamado circuito divisor de corrente A corrente que flui através de cada resistor em paralelo é inversamente proporcional à sua resistência 156
157 Conexão paralela de resistores Calcule a corrente através de cada resistor: 157
158 Conexão paralela de resistores Calcule a corrente através de cada resistor: R R R A 2 R 2 R R R A R T 1 R1 R A V R I V T T T I I 2 I V 10 T 1 R1 2 V 10 R 3 T 2 V 10 T 3 R3 6 5 A 3,33 A 1,67 A 158
159 Determine a resistência total Resistores 159
160 Determine a resistência total Resistores 160
161 Eletricidade Aula 14 Eletricidade e Magnetismo
162 Magnetismo Magnetismo: propriedade de um ímã de atrair materiais magnéticos Materiais magnéticos: ferro, aço Materiais não magnéticos: materiais que os ímãs não atraem (alumínio, cobre, prata, madeira, vidro) 162
163 Ímãs naturais Possui qualidades magnéticas em sua forma natural Magnetita minério de ferro Possui pouca utilidade prática 163
164 Produzidos eletricamente Ímãs artificiais 164
165 Ímãs temporários e permanentes Ímãs permanentes possuem alto magnetismo residual, mantem seu magnetismo por um longo tempo Ímãs temporários possuem baixo magnetismo residual, mantem seu magnetismo por pouco tempo 165
166 Lei dos polos magnéticos 166
167 Lei dos polos magnéticos 167
168 Polaridade magnética 168
169 Campo magnético Área em torno de um ímã onde a força magnética é evidente Fluxo magnético: conjunto de linhas de campo magnético As linhas de força: 1. Nunca se cruzam 2. Formam caminhos fechados 3. Viajam do polo norte para o polo sul fora do ímã e do polo sul para o polo norte dentro do ímã 4. Quanto mais forte é o ímã, maior é a densidade do fluxo 169
170 As linhas de força: Campo magnético 5. Seguem o caminho mais fácil, passando mais facilmente através de materiais magnéticos 6. Não há isolantes para as linhas de força 170
171 Blindagem magnética 171
172 Teoria do magnetismo Teoria molecular Cada molécula é um pequeno ímã Material desmagnetizado: ímãs moleculares desorganizados anulando o efeito magnético Material magnetizado: ímãs moleculares organizados de modo que seus campos magnéticos estão alinhados A queda ou o aquecimento de um ímã pode perturbar o alinhamento dos imãs moleculares desmagnetizando-o 172
173 Teoria do magnetismo Teoria eletrônica 173
174 Material magneticamente saturado A força magnética máxima é atingida quando: todos os ímãs moleculares estão alinhados todos os elétrons estão girando no mesmo sentido 174
175 Aplicações para ímãs permanentes 175
176 Eletricidade Aula 15 Eletricidade e Magnetismo
177 Campo magnético em torno de um condutor de corrente Uma corrente que percorre um condutor gera um campo magnético Eletromagnetismo: Relação entre eletricidade e magnetismo 177
178 Regra da mão direita 178
179 Campo magnético de condutores paralelos 179
180 Campo magnético de uma bobina Em uma bobina, o campo magnético total é a soma dos campos de cada espira Campo magnético resultante é semelhante ao de um ímã de barra com polos norte e sul definidos 180
181 Eletroímã 181
182 Eletroímã 182
183 Aplicações para eletroímãs Os eletroímãs são mais potentes que os ímãs permanentes Sua força magnética é controlada variando a corrente 183
184 Eletricidade Aula 16 Energia e potência
185 Usinas elétricas A primeiras eram pequenas e geravam e transmitiam em CC As atuais são enormes e usam geradores de CA (alternadores) Classificadas de acordo com o método utilizado para acionar o gerador 185
186 Hidrelétrica 186
187 Termelétrica 187
188 Nuclear 188
189 Eólica 189
190 Solar 190
191 Transmissão da eletricidade Utiliza altas tensões para reduzir o valor da corrente e das perdas elétricas 191
192 Transformadores Utilizados para elevar e abaixar tensões 192
193 Subestação de energia elétrica Local onde ocorre a conversão entre os níveis de tensão de transmissão e distribuição 193
194 Sistema de energia elétrica Constituído pelos sistemas de geração, transmissão e distribuição 194
195 Eletricidade Aula 17 Energia e potência
196 Energia e potência P V I P R I 2 P V I 2 196
197 Energia e potência Calcule a potência de um aquecedor que drena 8 A quando conectado a 127 V. 197
198 Energia e potência Calcule a potência de um aquecedor que drena 8 A quando conectado a 127 V. 198
199 Energia e potência Qual é a corrente que flui pela lâmpada abaixo? 199
200 Energia e potência Qual é a corrente que flui pela lâmpada abaixo? 200
201 Energia e potência A corrente através de um resistor de 100 Ω é 0,5 A. Qual é a potência dissipada na forma de calor? 201
202 Energia e potência A corrente através de um resistor de 100 Ω é 0,5 A. Qual é a potência dissipada na forma de calor? 202
203 Energia e potência E = P x t E = energia em watts-hora (Wh) ou em quilowatts-hora (kwh) P = potência em watts (W) ou em quilowatts (kw) t = tempo em horas (h) 203
204 Energia e potência Qual é a energia consumida por uma cafeteira de 900 W que é usada 6 horas por mês. 204
205 Energia e potência Qual é a energia consumida por uma cafeteira de 900 W que é usada 6 horas por mês. E P t E Wh E 5,4kWh 205
206 Medidor de energia elétrica Energia e potência 206
207 Energia e potência Duas leituras consecutivas de um medidor de kwh são mostradas. Determine a energia consumida. 207
208 Energia e potência Duas leituras consecutivas de um medidor de kwh são mostradas. Determine a energia consumida. 208
209 Energia e potência A leitura atual de um medidor é kwh e a leitura anterior é kwh. Se a taxa é de 10 centavos por kwh, qual é o custo? 209
210 Energia e potência A leitura atual de um medidor é kwh e a leitura anterior é kwh. Se a taxa é de 10 centavos por kwh, qual é o custo? 210
211 Energia e potência Uma secadora de roupas 4,2 kw é usada 20 horas por mês. Se a taxa é de 10 centavos por kwh, qual é o custo de operação? 211
212 Energia e potência Uma secadora de roupas 4,2 kw é usada 20 horas por mês. Se a taxa é de 10 centavos por kwh, qual é o custo de operação? 212
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