Instalações elétricas e telefônicas. Prof. M.Sc. Guilherme Schünemann

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1 Instalações elétricas e telefônicas Prof. M.Sc. Guilherme Schünemann

2 Introdução sistema elétrico

3 Carga elétrica (q) Conceito de carga é o principal elemento para explicar todo fenômeno elétrico A carga elétrica é a grandeza mais básica em circuitos elétricos Carga elétrica está presente em TUDO! Tudo é feito de átomos, que possuem prótons, nêutrons e elétrons Carga é a propriedade elétrica das partículas atômicas que compõem a matéria, medida em Coulombs [C] 1 elétron 1, C; 1 próton +1, C

4 Carga elétrica (q) Analogamente, 1C 6, elétrons As únicas cargas que podem ocorrer na natureza são múltiplos da carga eletrônica e = 1, Lei da conservação de carga: não se pode criar ou destruir carga, apenas transferi-la!

5 Corrente elétrica (i) Carga elétrica é móvel, podendo ser transferida de um local a outro e transformada em outras formas de energia (térmica, cinética, etc.) Corrente elétrica é a taxa de variação da carga em relação ao tempo, medida em Ampères [A] i = dq dt 1A = 1C/s q = t0 t i dt

6 Corrente elétrica (i) i = dq dt corrente não necessariamente é uma função de valor constante! A carga pode variar com o tempo de várias maneiras, sendo as mais comuns: corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA) senoidal

7 Corrente elétrica (i) Se o total de carga que entra em um terminal é dado por q = 5t C CC, não varia com o tempo Se o total de carga que entra em um terminal é dado por q = 5t. sen 4πt C, CA, varia com o tempo Na maioria das aplicações, a CA é uma função senoidal do tempo com período de 60 ciclos por segundo [Hz]

8 Tensão (v) Para que elétrons se movam em um condutor, é necessária alguma transferência de energia ou trabalho Tensão é a energia necessária para mover uma unidade de carga através de um elemento, medida em Volts [V]. Diferença de potencial entre dois pontos, ou seja, a tensão entre dois pontos, depende do referencial: v ab = v ab v ab = dw dq

9 Geração de força eletromotriz tensão (v) Por atrito movimentação de cargas; Por ação química baterias e pilhas; Por ação da luz geração fotovoltaica; Por ação térmica par termelétrico; Pela compressão microfones (piezoeletricidade); Pela combinação do oxigênio e do hidrogênio células a combustível; Por indução eletromagnética alternadores e geradores

10 Elementos de circuito Circuito é a interligação de vários elementos, que são os blocos básicos de qualquer circuito Um elemento pode ser ativo (capaz de gerar energia), passivo (apenas dissipam potência) e armazenadores (absorvem energia para uso posterior) Os elementos mais comuns de circuitos elétricos são: fontes, resistores, capacitores e indutores Nó ponto de junção de três ou mais braços de um circuito Malha circuito fechado qualquer percorrido em sentido arbitrário

11 Elementos de circuito A simbologia para representar circuitos tem padrão internacional. Dependendo da modelagem do problema, são utilizados elementos diferentes Quanto mais detalhado for o modelo do sistema em questão, mais elementos ele terá: modelagem de uma linha de transmissão, modelagem de um motor elétrico, modelagem de um transformador...

12 Fontes São elementos ativos fornecem tensão ou corrente ao sistema São as fontes que permitem que os elementos passivos do circuito dissipem potência e realizem suas funções Fontes em um circuito podem representar: pilhas, baterias, usinas, geradores, um carro elétrico...

13 Resistor São elementos passivos consomem energia, dissipam potência Os materiais possuem o comportamento característico de resistirem ao fluxo de carga elétrica A capacidade de resistir à corrente depende da área (A), do comprimento (l) e da resistividade (ρ) intrínseca do material. A essa capacidade é dado o nome de resistência (R) R = ρ. l A [Ohms Ω]

14 Resistor

15 Resistor O inverso da resistência é chamado condutância: G = 1 [Siemens S] R A resistividade e, por conseguinte, a resistência e a condutância, variam com a temperatura R t = R 0 [1 + α t 2 t 1 ], onde R t resistência na temperatura t Ω ; R 0 resistência a 0 ºC Ω α coeficiente de temperatura [C 1 ] t 2 e t 1 temperaturas final e inicial Um resistor em um circuito pode representar uma LT, um equipamento elétrico (chuveiro) ou uma parte de algum equipamento (bobinas de um motor)

16 Resistor Quando um ramo do circuito tem uma resistência muito elevada, pode ser modelado como um circuito aberto Quando um ramo do circuito tem uma resistência muito baixa, pode ser considerado um curto circuito Ex1 Sabendo que a resistência de um chuveiro elétrico é feita de fio de níquel enrolado (ρ = 7, Ω. m), calcule o comprimento do fio para que tenha 7,8 ohms de resistência. Dados: área da seção transversal do fio m 2 R: 100 m

17 Lei de Ohm Lei de Ohm e Leis de Kirchoff são essenciais para determinar corrente, tensão e potência em circuitos elétricos reais Lei de Ohm estabelece que a tensão (v) em um resistor é diretamente proporcional à corrente (i) que flui através dele: v = i. R

18 Modelagem

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