Lista de Exercícios Materiais Elétricos - Exercícios - Materiais Elétricos, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF)
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GloboTV7 de Março de 2013

Lista de Exercícios Materiais Elétricos - Exercícios - Materiais Elétricos, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF)

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Apostilas e exercicios de Engenharia Elétrica sobre o estudo dos Materiais Elétricos.
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Microsoft Word - Lista_Exercicios_20052.doc

Lista de exercícios 2005/2

EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 1/7

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

EEL7051 – Materiais Elétricos - Laboratório

LISTA DE EXERCÍCIOS TODO CONTEÚDO

1) Com relação ao ensaio do fio elétrico, quais são os fatores que determinam a resistência elétrica do mesmo. 2) No ensaio do fio elétrico foram realizadas medidas em duas direções perpendiculares entre si, porque isso é feito? 3) Um condutor de 50 cm e área de 1,5 mm2 foi pesado, obtendo-se uma massa de 8,15 g. Determine a massa específica desse condutor. 4) Explique como é determinada a resistência de isolamento de um condutor. 5) Como é determinada a espessura da isolação de um condutor? 6) Para os condutores com as características dadas na tabela abaixo, verifique se os mesmos estão de acordo com a norma específica.

Características dos condutores ensaiados Grandeza Fio 1 Fio 2 Fio 3

Seção nominal 1 mm2 1,5 mm2 2,5 mm2 Horizontal 1,81 mm 2,00 mm 2,68 mm De Vertical 1,80 mm 2,18 mm 2,69 mm Horizontal 1,21 mm 1,50 mm 1,87 mm Df Vertical 1,20 mm 1,49 mm 1,88 mm

Resistência de isolamento 33,0 MΩKm 25,0 MΩKm 28,5 MΩKm Comprimento da amostra para

determinar a massa específica e a resistência elétrica

0,5 m

Massa 4,43 g 6,67 g 11,10 g Temperatura ambiente 25 oC

Resistência elétrica 0,0100 Ω 0,0050 Ω 0,0045 Ω As tabelas e fórmulas a seguir foram obtidas das normas específicas.

20 1000 [ / ]t tR kR km

l ⋅ ⋅

= Ω

185 log [ ]i DeR M Km Df ⎛ ⎞

= ⋅ Ω⎜ ⎟ ⎝ ⎠

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Lista de exercícios 2005/2

EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 2/7

2 20,7854 [ ]S Df mm= ⋅ 3[ ]v l S m= ⋅

3[ / ]m kg m v

μ =

NBR 6880

Tabela A.6 – Fatores de correção de temperatura t [oC] Kt

20 1,000 21 0,996 22 0,992 23 0,988 24 0,985 25 0,981 26 0,977 27 0,973 28 0,970

NBR 6814 Tabela 2 – Espessuras da isolação Seção do condutor

[mm2]

Espessura da isolação [mm]

1 0,6 1,5 0,7 2,5 0,8 4 0,8

NBR 6880

Tabela A.1 – Classe 1 – Condutores sólidos Resistência elétrica máxima do condutor a 20 oC Seção nominal

[mm2] Fio Nu [Ω/km]

Fio Revestido [Ω/km]

1 18,1 18,2 1,5 12,1 12,2 2,5 7,41 7,56 4 4,61 4,70

NBR 6880

Tabela A.7 – Diâmetros máximos dos condutores circulares de cobre

Seção nominal [mm2

Classe 1 Condutores sólidos

[mm

Classe 2 Condutores encordoados

[mm 1 1,2 1,4

1,5 1,5 1,7 2,5 1,9 2,2 4 2,4 2,7

a) Determine se os condutores atendem a norma quanto à resistência elétrica. b) Verifique se a espessura da isolação dos condutores está de acordo com a norma específica. c) Determine se os diâmetros máximos dos condutores estão de acordo com a norma. d) Calcule a área da seção transversal dos condutores e verifique se a mesma condiz com o valor nominal.

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Lista de exercícios 2005/2

EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 3/7

e) Verifique se a massa específica dos condutores está de acordo com a norma NBR 5111, que indica para o cobre a 20 oC uma massa específica de 8890 kg/m3. f) Verifique se a resistência de isolamento dos condutores ensaiados está de acordo com a norma. Obs. Os valores utilizados neste exercício são fictícios, ou seja, não foram obtidos em laboratório. Desta forma, podem ocorrer distorções em relação aos valores da norma ou em relação aos valores obtidos nos ensaios. 7) Que cuidados devem ser tomados ao realizar o ensaio de rigidez dielétrica do óleo isolante? 8) Entre uma medida e outra, no ensaio de rigidez dielétrica do óleo isolante, deve-se aguardar de 2 a 3 minutos, porque isso deve ser feito? 9) Os valores obtidos durante um ensaio de rigidez dielétrica de um óleo isolante de 25 kV foram: 25,1 kV, 25,6 kV, 28,7 kV, 26,3 kV e 26,7 kV. Faça a análise matemática dos dados e determine se a qualidade do óleo isolante no que concerne à rigidez dielétrica está normal.

5

1

1 5 ii

x x =

= ∑ ( ) ( ) 5 52 22

1 1

1 1 5 4 4i ii i

s x x x x = =

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = − = − ⋅⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ∑ ∑

10) Descreva como é realizado o ensaio de resistência de isolamento medida nas bancadas do laboratório. Como a resistência se comporta com a inserção de bancadas. 11) Descreva o funcionamento do disjuntor termomagnético com auxílio da curva mostrada na Fig. 01. 12) Foram medidas as resistências de resistores integrados (Chip 01), obtendo-se os dados da tabela abaixo. Determine a resistência de folha ( / tρ ) para estes resistores.

lR t w ρ ⋅ = ⋅

resistividadeρ = ; comprimentol = ; espessurat = ; larguraw =

Resistor Resistência

medida [Ω]

Largura [μm]

Comprimento [μm]

Resistência de folha [Ω]

R1 1120 30 840 R2 1121 30 840 R3 2250 30 1680 R4 31,30 10 10150 R5 1169 60 1680

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Lista de exercícios 2005/2

EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 4/7

Fig. 1 - Curva característica de um disjuntor comercial.

13) Explique o que é a resistência de folha ( / tρ ). 14) Comente a respeito da resistência de materiais condutores, isolantes e semicondutores. 15) Esboce a curva tensão versus corrente de um diodo semicondutor e comente sobre a operação do mesmo. 16) Um diodo sempre estará bloqueado ao ser polarizado reversamente? 17) Um fotodiodo foi iluminado intensamente e mediu-se a tensão em seus terminais, obtendo-se o valor de 0, 515 V. O resistor ligado ao fotodiodo tinha uma resistência de 120 kΩ. Determine: a) As dimensões do fotodiodo são de 0,8 mm por 0,4 mm. Calcule a potência por mm2 e por m2 deste fotodiodo. b) Qual a área de semicondutor necessária para gerar uma potência de 1 W. Comente sua resposta com relação à utilização de fotodiodos para geração de eletricidade. c) Um painel de 1 m2 de material semicondutor teria a capacidade de gerar que potência elétrica?

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Lista de exercícios 2005/2

EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 5/7

18) Esboce a função de transferência (tensão de saída versus tensão de entrada) de uma porta lógica inversora implementada com transistores integrados do tipo CMOS. Comente sobre o comportamento desta curva. 19) Explique o funcionamento dos seguintes circuitos. a) Circuito de polarização de um diodo.

Vi

R1

2k2

R2 500r

D1

R3 1k

V1 V2

Vd -+

Id

b) Inversor lógico.

0

SaídaEntrada

+5V

N1

P1

14

15

13

1D

G

G

S

D

S

c) Porta lógica NAND.

0

Saída

N1

P1

N2

P2

+5V +5V

A

B G S

D

G

D

S

D

G

SS

D

G

15

1

13

12

8

14

3

16

2

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Lista de exercícios 2005/2

EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 6/7

d) Porta lógica NOR.

N2 S G

D

P1

0

14

13

1

15 3

12

8

16

2

G

0

P2

Saída

N1

+5V

A

B

G

D

S

G

S

D

S

D

20) Com base na figura abaixo, explique as diferenças entre os valores das resistências tomadas entre diferentes terminais, para um resistor integrado levemente dopado.

Resistor R9

Pinos Resistência [Ω] 8 1320 9 2300 10 1630 11 2300 12

13

1320 21) Para o resistor (R9) da questão anterior, a resistência entre o terminal 9 e 13 é 2300 Ω, que é igual à resistência entre os terminais 11 e 13. Se ligarmos os terminais 9 e 11 juntos e medirmos a resistência em relação ao terminal 11, o valor encontrado será maior ou menor que 2300 Ω?

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Lista de exercícios 2005/2

EEL7051 – Materiais Elétricos – Laboratório – 2005/2 7/7

22) As dimensões do resistor de filme metálico do Chip 01 são de 10150 μm por 10 μm e o mesmo possui uma resistência de 31 Ω. Já um resistor com semicondutor tipo p fortemente dopado, tendo as dimensões de 840 μm por 30 μm tem uma resistência de 1140 Ω. Comente a respeito da área dos resistores e de suas respectivas resistências.

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