02 Electrotecnia aula 3 - Leis básicas, Notas de aula de Engenharia Aeronáutica
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02 Electrotecnia aula 3 - Leis básicas, Notas de aula de Engenharia Aeronáutica

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LEIS BÁSICAS

CTEN EN-AEL PoitoutElectrotecnia - aula nº 3

Electrotecnia 2

BIBLIOGRAFIA

• “Basic Engineering Circuit Analysis”, Irwin, Nelms (Wiley): – Cap. 1, Cap. 2

• “Electric Circuits and Networks”, Strum, Ward (Quantum): – Cap. 1

Electrotecnia 3

CARGA ELÉCTRICA

• Numa situação normal a carga total de um átomo será nula.

• Quando o átomo recebe mais um electrão na última camada fica com carga negativa. Quando perde um electrão fica com carga positiva.

Carga:

Propriedade das partículas atómicas que constituem a matéria.

Unidade: coulomb (C)

Carga de um electrão: - 1,602 x 10-19 C Carga de um protão: 1,602 x 10-19 C

Electrotecnia 4

CARGA E TENSÃO

• Uma fonte de tensão tem átomos com carga positiva no seu terminal positivo, a que corresponderá um potencial eléctrico positivo.

• ... e atómos com carga negativa no seu terminal negativo, a que corresponderá um potencial eléctrico negativo. (podemos utilizar simplesmente a designação de “cargas positivas” e “cargas negativas”)

• Se for efectuada a ligação entre ambos os terminais, através dos condutores, irá ocorrer um fluxo de electrões livres (corrente eléctrica) do terminal negativo para o positivo.

• Este fluxo de electrões corresponde ao sentido real (ou electrónico) da corrente.

• Nos livros é normalmente assumido um sentido da corrente do terminal positivo para o negativo designado por sentido convencional da corrente.

Electrotecnia 5

CARGA ELÉCTRICA

• Uma bateria irá ter “excesso de electrões” no terminal negativo e “falta de electrões” no terminal positivo até perder a sua carga.

• Num gerador rotativo (máquina eléctrica) em funcionamento, os átomos do terminal positivo têm sempre falta de electrões e os átomos do terminal negativo têm sempre excesso de electrões.

+ +

+ +

+ - -

- -

Fluxo de electrões livres

R

Electrotecnia 6

CORRENTE ELÉCTRICA

• Quanto maior for a quantidade de electrões livres/cargas eléctricas que passa num condutor, num determinado instante , maior será a corrente eléctrica.

Corrente:

“Taxa de variação no tempo” da carga eléctrica.

Unidade: ampére (A)

0

1

0

dt qiq t

t

+= ∫dt dqi =

Electrotecnia 7

TENSÃO

• A definição de tensão está relacionada com o trabalho (e energia) necessário para mover uma carga de um ponto para outro de potencial diferente:

Tensão (ou diferença de potencial):

Energia necessária para mover uma carga unitária através de um elemento/componente.

Unidade: volt (V)

dq dwv =

Electrotecnia 8

ENERGIA E POTÊNCIA

• Nos circuitos eléctricos existem componentes que fornecem energia e componentes que recebem energia.

• O valor da energia fornecida deve corresponder ao da energia recebida.

• Nos sistema eléctricos também se utiliza como unidade de energia o W.h (que não faz parte do SI de unidades).

• Os contadores de energia dos consumidores domésticos contam KW.h.

Energia:

Capacidade de efectuar trabalho.

Unidade: joule (J)

Electrotecnia 9

ENERGIA E POTÊNCIA

• Energia e potência são dois conceitos diferentes, embora relacionados.

• Se um motor eléctrico possuir uma potência de 500 W, significa que esse motor absorve 500 J de energia por cada segundo que passa.

• Essa energia será posteriormente transformada em movimento de componentes mecânicos.

Potência:

Taxa de variação no tempo da energia fornecida ou recebida.

Unidade: watt (W)

Electrotecnia 10

ENERGIA E POTÊNCIA

dt dq

dq dwp =

vip =

dt dwp =

• É possível estabelecer uma relação entre potência, tensão e corrente:

Electrotecnia 11

ENERGIA E POTÊNCIA

• O valor de potência fornecido ou absorvido varia em cada instante em função da tensão e da corrente.

• Conhecendo a evolução da potência ao longo do tempo, é possível calcular a energia.

∫= 1

0

t

t

dt pw ∫= 1

0

t

t

dt viw

Electrotecnia 12

ENERGIA E POTÊNCIA

• Quando a corrente circula do terminal + para o terminal de uma fonte de tensão (através do circuito), a potência é positiva: – A fonte está a fornecer energia ao circuito

• Quando a corrente circula do terminal - para o terminal + de uma fonte de tensão (através do circuito), a potência é negativa: – A fonte está a receber energia do circuito

Electrotecnia 13

RESISTIVIDADE

• Esta propriedade é intrínseca do material, não dependendo das suas dimensões. A resistividade pode no entanto variar com a temperatura.

• Por vezes é referida a condutividade (σ) do material, em vez da sua resistividade, sendo a condutividade definida por:

Pode definir-se para cada material uma propriedade denominada resistividade, que caracteriza a maior ou menor oposição à passagem de corrente eléctrica oferecida por esse material.

Símbolo: ρ (rho) Unidade: Ω.m

ρ σ 1=

Electrotecnia 14

RESISTIVIDADE

• Resistividade de alguns materiais:

Material Resist. [ Ω.m] Classif. Mat. Prata 1,64 x 10-8 Condutor Cobre 1,72 x 10-8 Condutor

Alumínio 2,8 x 10-8 Condutor Ouro 2,45 x 10-8 Condutor

Carbono 4 x 10-5 Semicondutor Silício 6,4 x 102 Semicondutor Papel 1010 Isolante Mica 5 x 1011 Isolante Vidro 1012 Isolante

Electrotecnia 15

RESISTÊNCIA

• A resistência de um componente ou condutor depende da resistividade, do comprimento e da área (secção) desse componente ou condutor.

A LR ρ=

Resistência: Oposição que os elementos de um circuito oferecem à passagem de corrente eléctrica,

Símbolo: R Unidade: Ω (ohm)

Electrotecnia 16

LEI DE OHM

• A lei de Ohm estabelece que a tensão ou diferença de potencial aos terminais de uma resistência é directamente proporcional à corrente que atravessa essa resistência:

• Utilizando o conceito de potência definido anteriormente, pode obter-se as seguintes relações:

iRv =

R vp Rip vip

2 2 ===

Electrotecnia 17

CONDUTÂNCIA

• Por vezes é vantajoso utilizar o conceito de condutância na análise dos circuitos, sendo esta grandeza definida por:

R G 1=

Condutância: Faculdade que os elementos de um circuito têm de conduzir a corrente eléctrica.

Símbolo: G Unidade: S (siemens)

Electrotecnia 18

CONDUTÂNCIA

• As equações aplicáveis passam então a ser:

v Gi =

G ip Gvp

2 2 ==

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