CEL033 Circuitos Lineares I

Transcrição

1 Aula 13/03/2012 CEL033 Circuios Lineares I [email protected]

2 Sie Disciplina

3 CEL033_NOTURNO

4 Teoria do Circuios Eléricos Alessandro Vola Físico Ialiano Invenção da Baeria Elérica Pilha de Vola. Possibiliou o fluxo conínuo de energia e conseqüenemene a consrução de circuios eléricos. Circuio Elérico: Inerligação enre disposiivos eléricos de modo a orienar o fluxo de energia correne para uma deerminada finalidade.

5 Circuio Elérico exemplo: POSSÍVEIS COMPONENTES DE UM CIRCUITO ELÉTRICO PERGUNTA: Como surge a correne? Correne elérica Ch1 e/ou Ch2 FECHADAS Circuio Elérico Real Esquema Represenaivo modelo

6 ÁTOMO NÚCLEO : PRÓTONS + NÊUTRONS Carga + Carga nula q 1, Coulombs ELETROSFERA : ELÉTRONS Carga - q 1, Coulombs

7 ÁTOMO COM POUCOS ELÉTRONS NA ÚLTIMA CAMADA SÃO CONDUTORES. TÊM FACILIDADE DE PERDER ELÉTRONS.

8 MATERIAL CONDUTOR Os elérons ficam consanemene rocando de áomos movimeno desordenado.

9 Se polarizarmos as exremidades do maerial conduor - + Movimeno Ordenado dos Elérons CORRENTE ELÉTRICA

10 + As cargas se movimenam em odas as direções. Porem, não emos correne elérica. Polarização polarização Correne elérica

11 CORRENTE ELÉTRICA É o movimeno ordenado de cargas eléricas Elérons A colisão dos elérons com parículas do maerial conduor produz CALOR e/ou LUZ Lei de Joule ambém conhecida como efeio Joule é uma lei física que expressa a relação enre o calor gerado e a correne elérica que percorre um conduor em deerminado empo. O nome é devido a James Presco Joule que esudou o fenômeno em James Presco Joule Salford, 24 de dezembro de 1818 Sale, Trafford, 11 de ouubro de físico briânico.

12 EFEITO JOULE

13 Perdas na Disribuição de Energia Elérica Efeio Joule Elevam a quanidade de energia comprada pelas concessionárias Redução da Lucraividade Efeio Joule Furos

14 Perguna: Qual é o senido da correne elérica pelo conduor? Correne associada ao movimeno das cargas negaivas Elérons. Teoria dos circuios 1800 Alessandro Vola: Correne associada ao movimeno das cargas posiivas convenção. Senido Real: Elérons Correne Senido Convencional Teoria dos Circuios Senido Convencional: Próons Teoria de circuios

15 i i + Senido real da correne Senido convencional da correne

16 SÉRIE FRANCESA - VIAGEM NO NUNDO DA ELETRICIDADE

17 Cálculo da Correne Elérica Média + - i q Coulomb/segundo ampères Core ransversal no conduor Cálculo da Correne Elérica Insanânea q i 0 i dq d ampères Taxa de variação da carga em relação ao empo

18 As correnes eléricas podem ser classificadas de acordo com o seu comporameno emporal: Invariane no Tempo Variane no Tempo Média não nula Variane no Tempo Média nula

19 Medição da Correne Amperímero Simbologia:

20 Cálculo da Quanidade de Carga Vimos que a correne elérica insanânea: dq i I d Reescrevendo a equação I: dq i d II Inegrando a equação II em relação ao empo, em-se: q 2 i d q 1

21 Exercício 1 : Enconre o valor da carga q que enrou no erminal de um elemeno enre =zero e =3 segundos, sendo que a correne no elemeno é dada pelo gráfico abaixo. Memória q 2 1 i d Resp: q=5 C

22 Inegral q i d 1d d 0 1 5C Área q i d 11 5C 2 0

23 Exemplos Níveis de Correne Elérica Ampères

24 Bipolos Eléricos Disposiivos eléricos com dois erminais de acesso A-B aravés do qual pode circular correne elérica Exemplos: resisores; capaciores; induores; geradores; diodos; ec.

25 Cálculo da Diferença de Poencial ddp ou Tensão v A passagem de correne resula de uma diferença de poencial ddp - ensão enre os erminais + e -. Essa diferença de poencial ddp é dada pela axa de variação da energia w Joule necessária para deslocar uma carga uniária q Coulomb de um pono à ouro. v dw dq Joule/Coulomb Vols Taxa de variação da energia w em relação a carga q

26 Diferença de Poencial ddp ou Tensão v v AB 5 Vols Pono A esá 5 V acima do pono B v BA 5 Vols Pono B esá 5 V abaixo do pono A Ambos os exemplos represenam a mesma ensão : 5 vols O sinal +/- represena apenas o senido da ensão maior poencial menor poencial

27 Medição da Tensão Volímero Simbologia:

28 Exemplos Níveis de Tensão Elérica Vols

29 Cálculo da Poência Elérica Insanânea p Defini-se Poência Elérica como a velocidade com que uma energia elérica é dissipada. Ou seja: Taxa de variação da energia em relação ao empo p dw d Joule/s Wa Sabe-se que: v dw dq i dq d Manipulando as equações acima, em-se :

30 d dw p dq v dw i dq d i v i dq dq v p

31 i v p Poência Elérica Insanânea é dada por: Perguna A Poência Elérica esá sendo Fornecida ou Consumida? Como saber? Was 0 0 i v i v 0 0 i v i v Fornece Consome Consome Fornece Convenção do Gerador Convenção do Recepor

32 Cálculo da Energia Elérica w Defini-se Energia Elérica como a quanidade de poência elérica fornecida ou consumida em um deerminado inervalo de empo. p dw d wa dw p d III Inegrando a equação III em relação ao empo, em-se: Energia Elérica w w 2 p d wa. s Joule w 1

33 Energia Elérica W 2 1 p d Joules Medidor Residencial de Energia kwh 1kWh 3,610 6 joules

34 Exercício 2 : Qual a energia ransferida a um bipolo durane o inervalo de empo de 0 a 10s, dado que a poência consumida é a descria pelo gráfico abaixo. Memória w 2 1 p d Resp: w=150 J

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36 Inegração Numérica Com base no gráfico abaixo responda: Qual o valor da energia Joule ransferida a um bipolo enre 5 e 10 segundos? Inegração Simbólica

37 Os bipolos elemenares podem ser de dois ipos: PASSIVOS: Não inroduzem energia conínua ao sisema ATIVOS : inroduzem energia conínua ao sisema Sendo ainda classificados em relação correne/ensão em: LINEARES E NÃO LINEARES

38 Bipolos Passivos RESISTOR CONSOME ENERGIA CAPACITOR ARMAZENA ENERGIA Campo Elérico INDUTOR ARMAZENA ENERGIA Campo Magnéico

39 Bipolos Passivos Resisores Resisência Elérica R: Propriedade de um deerminado maerial se opor ao movimeno dos elérons. Resisor: Bipolo elemenar cuja caracerísica predominane é resisiva. Simbologia: Unidade: Ohms Ω

40 Bipolos Passivos Resisores Resisores de Filme de Carbono + comuns e baraos Uilização de resisores: Produção de Calor Efeio Joule Limiador de Correne Ligação em paralelo Divisores de Tensão Ligação em série

41 Bipolos Passivos Resisores Resisor de Filme de Carbono Leiura da Resisência

42 Bipolos Passivos Resisores Exemplos:

43 Bipolos Passivos Resisores 1821 Arigo: A Correne Galvânica, raada maemaicamene RELAÇÃO TENSÃO E CORRENTE EM UM RESISTOR LEI DE OHM LEI DE OHM A ensão enre os erminais de uma resisência é direamene proporcional à correne que a aravessa.

44 Bipolos Passivos Resisores A equação que rege a LEI DE OHM é dada por: v Ri Resisor ideal Resisência Consane Oura grandeza muio uilizada é a conduância G G 1 R 1 Unidade: Siemens s /mho A LEI DE OHM pela conduância é dada por: i Gv

45 Bipolos Passivos Resisores Caracerísica Tensão-Correne resisor ideal RELAÇÃO LINEAR ENTRE TENSÃO E CORRENTE

46 Bipolos Passivos Resisores Cálculo da Resisência R R l A l A resisividade.m larguram áream 2 Varia com a Temperaura!!!

47 Bipolos Passivos Resisores A lei de Ohm é válida para resisências não lineares? Não. Resisências não lineares não seguem a LEI DE OHM ensão e correne não são direamene proporcionais Não Linearidades decorrenes de: Temperaura Luminosidade Umidade - ec... Resisividade Tungsênio 6 4,6 0,02T 1,8510 T Variação com o quadrado da emperaura T 2

48 Bipolos Passivos Resisores Caracerísica Tensão-Correne resisor real RELAÇÃO NÃO LINEAR ENTRE TENSÃO E CORRENTE

49 Bipolos Passivos Resisores

50 Bipolos Passivos Resisores Observação Na realidade odos os resisores são não lineares, porque as caracerísicas eléricas são afeadas por faores exernos principalmene emperaura e umidade. Enreano, em deerminadas regiões aproximam do comporameno linear, sendo esas as regiões consideradas na análise dos circuios eléricos. Comporameno próximo do LINEAR

51 Bipolos Passivos Resisores

52 Bipolos Passivos Resisores Dois valores exremos imporanes de resisência são: v Ri R 0 Curo- Circuio i Correne máxima Tensão nula v R R Circuio-Abero Tensão máxima Correne Nula

53 i v p i R v i 2 R i i R p R v R v v p 2 Poência Elérica Lei de Ohm Cálculo da Poência Elérica Dissipada em um Resisor Bipolos Passivos Resisores Caracerísica Não-Linear

54 Exercícios Quadro Negro