ANALISE DE CIRCUITOS EM CORRENTE CONTÍNUA

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1 ELECTODNÂMCA - é a parte da físca que estuda os crcutos eléctrcos ANALSE DE CCUTOS EM COENTE CONTÍNUA CCUTO Um crcuto eléctrco é uma conecção entre elementos eléctrcos, todos lgados num camnho fechado de modo a permtr a fluênca contínua da corrente eléctrca. Consdere um crcuto smples consttuído por 2 elementos eléctrcos conhecdos, a batera e uma resstênca. Cada elemento é representado por 2 termnas também denomnados nós. O elemento básco tem dos nós e, nãopode ser subdvddo em mas nenhum elemento. Pode ser descrto matematcamente em termos das varáves eléctrcas corrente e tensão eléctrcas.

2 COENTE CONTÍNUA ntensdade de corrente eléctrca ou corrente eléctrca num meo condutor (sóldo, líqudo ou gasoso), a quantdade de carga eléctrca que atravessa qualquer superfíce desse condutor colocada normal à drecção do movmento da carga (corte transversal do condutor) por undade de tempo. Q T Quando o ntervalo de tempo t tende a zero, a ntensdade méda de corrente eléctrca passa a ser consderada ntensdade nstantânea de corrente eléctrca. Corrente nstantânea : ( t) l m t 0 q t dq( t) dt C Ampere s Os portadores de carga eléctrca movem-se ordenadamente ao longo de um condutor, graças a uma d.d.p. crada por dspostvos aproprados. 2

3 Classfcação da corrente eléctrca pode ser classfcada em corrente contínua (c.c. / drect current) e corrente alternada (c.a. / alternatng current ). COENTE CONTÍNUA quando os portadores de carga se movmentam sempre no mesmo sentdo. A ntensdade de corrente eléctrca é constante no decorrer do tempo. Uma corrente varável no tempo (t) pode tomar dversas formas, tas como rampa, snusodal ou exponencal. COENTE ALTENADA é uma corrente snusodal, quando os portadores de carga deslocam-se ora num sentdo ora noutro, em torno de uma posção méda no condutor. 3

4 Cada osclação completa do electrão cclo Nº de cclos que o electrão realza no ntervalo de tempo de segundo frequênca [cclo/segundo Hertz] 4

5 CCUTO ELÉCTCO SMPLES epresentação esquemátca 5

6 LE de OHM lv. t a dstânca percorrda em méda pelo electrões com uma velocdade méda de v, num ntervalo de tempo, t. Nn. n.s. l Atravessarão a superfíce S todos os electrões que estejam a uma dstânca de S, ou seja, os electrões contdos no volume S. l. O nº de electrões contdos nesse volume é: Nn. n.s. l A carga que atravessa S no ntervalo de tempo t é: Qe n S l ecarga do electrão A corrente no condutor metálco é: Q l ens ensv t t NOTA: Sendo a carga do electrão negatva, a corrente é também negatva. Densdade da corrente eléctrca J é a corrente por undade de área A: J nev A Se a densdade de corrente eléctrca for constante ao longo da área A, a corrente através de A é: r J nˆ da 6

7 Sentdo da Corrente Eléctrca Pensava-se que o movmento de portadores de carga eléctrca estava condconado ao movmento de portadores de carga postva (Benjamm Frankln). Por sso convenconou-se orentar a corrente no sentdo contráro ao sentdo real que é o sentdo dos portadores de carga negatva. SENTDO EAL- é o sentdo em que fluem os portadores de carga negatva. SENTDO CONENCONAL- é o sentdo oposto ao sentdo convenconal,.e. em que fluem os portadores de carga postva. Densdade de corrente é um vector que aponta na drecção do fluxo de corrente com ampltude J A, onde A é a superfíce normal à drecção da corrente. Para superfíces arbtráras: J nda ˆ S 7

8 Em 827 Georg Smon Ohm desenvolveu uma das mas mportantes les dos crcutos eléctrcos: A le de Ohm: Que teve de esperar 22 anos para ser reconhecdo pela comundade centífca. A resstênca de um condutor é uma grandeza macroscópca que, traduz a oposção desse condutor ao movmento dos portadores da carga. Na prátca não se utlza a le de Ohm para calcular a resstênca mas para determnar a d.d.p. Para qualquer condutor metálco, exste uma proporconaldade constante (a resstênca) entre a d.d.p. entre os seus termnas e a corrente que o percorre. 8

9 esstênca Quando Ohm descobru expermentalmente a sua le, fê-lo somente para condutores metálcos a tº constante No entanto, há mutos outros condutores para os quas a proporconaldade entre e é aprox. constante e, aos quas poderemos aplcar a le de Ohm, elementos lneares ou óhmcos. Elementos não lneares onde a razão e não é constante (ex: díodos e transístores) A le de Ohm não é uma le fundamental como a Le de Newton mas uma descrção matemátca de uma propredade ntrínseca de mutos materas. 9

10 Nos Materas ôhmcos a resstênca é ao comprmento do fo, L, e / à área da sua secção, A const. de proporconaldade é a resstvdade ρ do condutor, que é uma propredade da substânca que consttu o condutor. ρ L A [ Ω] esstvdade eléctrca ρ [Ω.m] é uma propredade eléctrca mcroscópca característca de cada substânca e traduz a capacdade do materal resstr ao fluxo dos portadores de carga. Condutvdade eléctrca ρ σ [Ω -.m - ] Densdade eléctrca r r r E L A Edl E L > AJ r r r J E σe ρ > r E ρ L L A JA 0

11 r s EFETOS DA COENTE ELÉCTCA EFETO MAGNÉTCO Em 820 Orsted descobru casualmente que, ao colocar-se uma bússola próxmo de um condutor onde crcula uma corrente eléctrca, ocorre um desvo na agulha. Efeto magnétco acompanha sempre a passagem de corrente eléctrca.

12 EFETO QUÍMCO Este efeto ocorre quando uma corrente eléctrca atravessa soluções electrolítcas, provocando transformações químcas como por exemplo electrodeposção Corrente eléctrca nos líqudos deve-se ao deslocamento de ões e não de electrões como nos metas. Como consequênca nos líqudos a corrente eléctrca é acompanhada de deslocamento de matéra, o que não acontece nos sóldos EFETO DE JOULE (TÉMCO) AO estabelecer-se um d.d.p. num metal, os eléctrões adqurem um movmento ordenado e orentado, que se traduz num aumento da sua velocdade méda. O número de nteracções dos electrões com os ões da rede crstalna aumenta, aumentando, a agtação térmca da rede, pos os electrões fornecem parte da sua energa cnétca aos ões da rede. O aumento da agtação térmca corresponde a uma elevação da temperatura da estrutura crstalna. secadores, torraderas, etc. 2

13 esstênca Eléctrca Todo o condutor que, quando percorrdo por uma corrente eléctrca, transforma ntegralmente energa eléctrca em energa cnétca é denomnado de resstênca. Materas que se comportam como resstêncas eléctrcas são os condutores metálcos e a grafte. epresentação de uma resstênca: esstênca de Fo - é consttuído por um fo metálco enrolado sobre um suporte clíndrco solante. Usado para controlar correntes de elevada ntensdade. 3

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15 Assocação de esstêncas Sére 2 3 ( 2 3 ) total 2 3 <> n eq Paralelo eq n 2 eq p/ 2 resstêncas: eq Defnndo a conductânca como o nverso da resstênca G/ Assm para o paralelo: n G eq G 2 2 5

16 6 Dvsores de Tensão eq eq total eq total eq total

17 7 Dvsores de Corrente tot eq tot n tot n tot n tot n tot eq G G

18 Curto-Crcuto cc 0 Consequêncas: noperânca dos outros elementos do crcuto, lâmpada com brlho ntenso ou mesmo fundda. 8

19 Crcuto aberto Aparecem devdo a lgações partdas, oxdação, falta de componentes, etc. Luzes funddas 0 Luzes funconam 2 2 OK! 9

20 ESOSTATOS eostato ou potencómetro é uma resstênca varável o que provoca uma varação na ntensdade de corrente eléctrca. O reostato é uma resstênca de fo sobre o qual corre um cursor metálco que sola parte dessa resstênca, desvando a corrente eléctrca para um termnal preso a ele. 20