Apostila de Eletricidade Basica, Notas de estudo de Mecatrônica

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Notas de Aula

ELETRICIDADE BÁSICA

Salvador, Agosto de 2005.

1. Conceitos Básicos Fundamentais

Estrutura Atômica

A figura 1.0 é a representação esquemática de um átomo de Bohr.

Este átomo é composto por um núcleo e por uma ou mais camadas de elétrons (eletrosfera). O núcleo é composto de prótons (carga eletrica positiva) e neutrons (carga elétrica neutra).

Carga Elétrica

Foi descoberto experimentalmente que a carga de um elétron é igual a 1,6.10 -19^ C. Ou seja, um material que possui n elétrons terá uma carga elétrica Q igual a:

, onde e = 1,6.10 -19^ C e n é o número de elétrons.

Tensão Elétrica(V)

É a diferença de potencial entre dois corpos, que está ligado diretamente à diferença de cargas entre os dois corpos, ou seja:

Unidade: [V] F 0B A Volt (V)

Condutores e Isolantes

Corrente contínua é aquela que não alterna no decorrer do tempo. Ou seja:

Múltiplos e Submúltiplos

Exercícios Propostos 1

1. Um corpo condutor possui 7,5.10 18 elétrons em sua estrutura , qual a carga em Coulomb (C) deste corpo?

2. Um filamento de uma lâmpada incandescente é atravessado por uma corrente de 0,25 A, quando a lâmpada está ligada. Sabendo que a lâmpada permanece ligada por 3h, determine a quantidade total de carga que atravessa o filamento da lâmpada, bem como, a quantidade de elétrons que atravessou o filamento.

3. Um corpo deve passar de uma carga de 12μC para uma carga de -32μC. Quantos elétrons ele deve receber para adquirir esta carga?

4. Um corpo adquiriu 5.10 14 elétrons , ficando com carga igual a 160μC. Qual era a carga inicial do corpo?

5. A corrente que atravessa um condutor vale 200mA. Quantos elétrons passam em um minuto, através deste condutor?

6. 1018 elétrons por hora circulam num condutor. Qual a corrente que atravessa o condutor?

7. Defina tensão elétrica e corrente elétrica, especifique suas unidades de medidas.

8. Transforme 0,000000124985 C em nC.

9. Quantos elétrons possui um corpo que tem uma carga igual a -1C?

10. Um corpo está eletrizado com carga de +16C. Ele deve ganhar ou perder elétrons para se tornar neutro? Quantos eletrons serão necessários para este processo?

a) U = 100 V, R = 800 Ohms e I =?

b) U = ?, R = 10 Ohms e I = 25 A

c) U = 220 V, R =? e I = 20 A

Segunda Lei de Ohm – Resistividade(F 07 2 )

A resistividade é uma grandeza característica do material de que é constituido o resistor e que depende da temperatura do material.

Ex : Aplica-se uma d.d.p. de 110 V nas extremidades de um fio de 10 m de comprimento e área de secção transversal 2,2 mm 2. Sabendo que a intensidade de corrente no fio vale 10 A, calcule o valor da resistividade F 07 2 em F 05 7 .mm^2 /m. Potência Elétrica e Efeito Joule

P = U x I

[P] = W (Watt) = V x A

P = ou P =

Ex 1: Uma Torneira Elétrica tem as seguintes especificações: 1100W – 110 V. Determine a corrente que circulará pela resistência e o valor desta resistência.

Ex 2: Um chuveiro elétrico de potência 1200 W é ligado a uma rede de 220 V. Qual a intensidade de corrente que circula neste chuveiro? Qual a resistência do chuveiro?

Ex 3: Uma cidade consome 1,0.10^8 W de potência e é alimentada por uma linha de transmissão de 1000 km de extensão, cuja tensão, na entrada da cidade, é de 100000 V. Esta linha é constituída de cabos de alumínio cuja área de secção reta total vale A = 5,26.10 -3^ m2. Aresistividade do alumínio vale F 07 2 = 2,62.10 -8^ F 05 7 .m. Qual a resistência dessa

linha de transmissão? Qual a corrente total que circula pela linha? Qual a potência dissipada (consumida) na linha?

Associação de Resistores

a) Associação em Série

Neste tipo de associação todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica, e a tensão total aplicada à associação é a soma das tensões aplicadas em cada resistor, ou seja:

Características Elétricas Fundamentais:

U (^) AB = U (^) T

IT = I 1 = I 2 = ... = I (^) n

U (^) T = U 1 + U 2 + U 3 + ... + U (^) n

R (^) T = R 1 + R 2 + R 3 + ... + R (^) n b) Associação em Paralelo

Nesta associação todos os resistores têm a mesma tensão entre seus terminais, e em contrapartida, a corrente total desta associação é a soma das correntes nos resistores, ou seja:

c)

d)

e)

f)

g)

2. Determine a resistência equivalente, ou total, entre os pontos: A e B, A e C e B e C.

3. Na associação da figura abaixo, sabe-se que a d.d.p. entre os pontos A e B vale 100V. Determine: A resistência da associação, A intensidade da corrente total na associação e as intensidades de corrente no resistor de 10F 05 7 e no de 40F 05 7.

Condutância Elétrica (G)

A condutância elétrica é, por definição, a facilidade que um material oferece à passagem da corrente elétrica, ou seja, é a definição inversa da resistência, então:

ou Unidade: [G] = Siemens (S)

Rendimento(F 06 8 )

Rendimento é a relação entre a potência de saída e a potência de entrada, ou seja:

Aparelhos de Medição Elétrica

1. Galvanômetro

É um aparelho capaz de detectar e medir correntes elétricas de pequena intensidade e seu funcionamento é devido ao efeito magnético. Eletrodinâmicamente, o galvanômetro é visto como um resistor.

Representação:

Definição Importante: Chama-se de fundo de escala de um galvanômetro, a máxima intensidade de corrente que ele pode medir em condições normais.

2. Amperímetro

É um aparelho destinado a medir intensidades de corrente elétrica. O amperímetro nada mais é que um galvanômetro associado em paralelo com um resistor de resistência (R (^) S) muito menor que a resistência do galvanômetro.

Representação:

Obs : O amperímetro tem resistência interna baixa, teoricamente zero, e deve ser colocado em série com o componente que se deseja medir a intensidade de corrente.

3. Voltímetro

É um aparelho destinado a medir diferenças de potêncial. O voltímetro é equivalente a um galvanômetro associado em série com um resistor chamado de multiplicador. O resistor multiplicador é muito maior que a resistência do galvanômetro.

Representação:

Obs: O voltímetro possui resistência interna alta, teoricmente infinita, e deve ser colocado em paralelo com o componente que se quer medir a tensão.

4. Multímetro

Aparelho destinado a medir tensão, corrente e resistência elétrica. É a união dos vários medidores em um só.

a) Analógico b) Digital

Exercícios de Aplicação

1. Um galvanômetro possui resistência interna de 297F 05 7 e corrente de fundo de escala de 10mA. Associa-se em paralelo ao galvanômetro uma resistência de 3F 05 7 (shunt). Determine a corrente máxima que este aparelho pode medir.

2. A resistência de um amperímetro é de 45F 05 7 e a intensidade máxima de corrente que pode atravesssá-lo é de 2A. Que modificação deveser feita nele para que se possa medir uma corrente de até 20A?

3. É dado um galvanômetro de resistência interna 0,25F 05 7 , que se funde, quando por ele passa uma corrente maior do que 0,15A.

2. Um gerador de f.e.m. 80V e resistência interna 5F 05 7 , alimenta um resistor de resistência R. Sabendo que a tensão entre os terminais do gerador é de 60V, Calcule:

a) A intensidade de corrente no circuito; b) O valor de R; c) O rendimento do gerador.

3. Dado a curva caracteristica de um gerador de corrente contínua e conectando-se uma resistência de 45F 05 7 aos terminais deste gerador, responda:

a) Qual a corrente elétrica do circuito?

b) Qual o rendimento deste gerador?

c) Qual a potência na carga?

d) Qual a corrente e a tensão de curto-circuito?

4. A figura mostra a curva característica de um gerador. Determine:

a) A fem E e a corrente de curto circuito do gerador;

b) Resistência interna do gerador;

c) A ddp nos terminais do gerador, quando ao mesmo é conectado um resistor de 8F 05 7 ;

d) O seu rendimento quando em seus terminais é co- nectada uma carga de 10F 05 7.