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ELETRICIDADE BÁSICA (LABORATÓRIO) Autores — Arduino Francesco Lauricella — Brasílio Camargo Brito Filho — Francisco Xavier Sevegnani — Pedro Américo Frugoli — Roberto Gomes Pereira Filho Teoria Exercícios resolvidos Exercícios propostos com respostas Exercícios para entregar com respostas “AUTORES Prof. Arduino Francesco Lauricellia Bacharel em Física pela Universidade de São Paulo - USP Pós-Graduação pela Universidade de São Paulo - USP Professor Adjunto da Universidade Paulista - UNIP Professor Adjunto da Faculdade de Engenharia Industrial - FEI Mestrando em Engenharia Mecânica - EPUSP Prof. Brasílio Camargo de Brito Filho Bacharel em Física pela Universidade de São Paulo - USP Mestre em Física do Estado Sólido pela Universidade de São Paulo-USP Professor Titular da Universidade Paulista - UNIP Prof. Francisco Xavier Sevegnani Licenciado em Física pela Pontifícia Universidade Católica - PUCSP Bacharel em Física pela Pontifícia Universidade Católica - PUCSP Mestre em Física pela - PUCSP Mestre em Engenharia de Produção - UNIP Doutor em Física pela - PUCSP Professor Titular da Universidade Paulista - UNIP Professor Titular da Pontifícia Universidade Católica - PUCSP Professor Adjunto I da Faculdade de Engenharia Industrial - FEI Prof. Pedro Américo Frugoli Bacharel em Física pela Universidade de São Paulo - USP Mestre em Física do Estado Sólido pela Universidade de São Paulo- USP Professor Titular da Universidade Paulista - UNIP Prof. Roberto Gomes Pereira Filho Licenciado em Física pela Universidade de São Paulo - USP Professor Adjunto da Universidade Paulista - UNIP Professor Assistente da Faculdade de Engenharia Industrial - FEI Pós-Graduação em Engenharia de Materiais - UNIP -Vestrando em Engenharia de Produção - UNIP H ÍNDICE CORRENTE ELÉTRICA CONTÍNUA 1) Isolantes ou dielétricos 2) Condutores 3) Semi-condutores 4) Carga elétrica s) Intensidade média de corrente elétrica 6) Intensidade instantânea de corrente elétrica 7) Corrente contínua 8) Corrente alternada 9) Leisdeohm 10) Associação de resistências 11) Potência elétrica 12) Variação da resistividade e da resistência com a temperatura 13) Exercícios resolvidos 14) Exercícios propostos 15) Exercícios para entregar 16) Respostas dos exercícios propostos 17) Respostas dos exercícios para entregar GERADORES E RECEPTORES 1) Definição de gerador 2) Equação do gerador 3) Curva característica do gerador 4) Potência útil lançada no circuito por um gerador 5) Rendimento do gerador 6) Definição de receptor 7) Equação do receptor 8) Curva característica do receptor 9) Rendimento do receptor 10) Gerador reversível 11) Exercícios resolvidos 12) Exercícios propostos 13) Exercícios para entregar 14) Respostas dos exercícios propostos Respostas dos exercícios para entregar EAN [eng 5) Parte Experimental 112 6) Análise de Dados n3 7) Estudo Dirigido 15 8) Exercícios Propostos 17 VII LEIS DE KIRCHHOFF E ANÁLISE DE MALHAS 1) Objetivos n9 2) Introdução teoórica no 3) Estudo dirigido 123 vi OSCILOSCÓPIO 1) Introdução 127 2) Princípio de funcionamento 127 3) Aplicações Específicas 129 4) Trabalho Experimental 136 5) Estudo Dirigido 139 6) Exercícios sobre Osciloscópio 143 IX DILATAÇÃO TÉRMICA DE SÓLIDOS 1) Objetivo 151 2) Introdução 151 3) Material Utilizado 152 4) Procedimento Experimental 152 5) Análise de Dados e Conclusões 152 6) Estudo Dirigido 153 7) Testes Propostos 155 8) Respostas dos Testes 156 X CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS 1) Objetivo 157 2) Introdução 157 3) Material Utilizado 158 4) Procedimento Experimental 158 5) Análise de Dados e Conclusões 158 6) Estudo Dirigido 159 7) Exercícios Propostos 161 8) Calor Específico - Testes 162 9) Respostas dos Exercícios 166 Atualmente a grande maioria dos dispositivos a semi-condutores (circuitos integrados, microprocessadores, etc.) é feita com mono cristais de Germânio e silí- cio. Estes elementos pertencem ao 4º grupo da classificação periódica de Mende- leieff e tem, portanto, quatro elétrons de valência. Cada átomo do cristal possui 4 átomos vizinhos, que com ele permutam 4 elétrons de valência; com os seus 4 elétrons de valência completa-se assim uma coroa estável de oito elétrons em torno de cada átomo. Silício Germânio 14 12 32 8 S;j8 Ge 18 28 |4| 72 4 Desta partílha de elétrons resultam forças de ligação covalente, que determinam a estrutura cristalina. Aumentando-se a temperatura de mono cristal, alguns elétrons que partici- pam da ligação covalente poderão romper sua ligação com os átomos, ficando li- vres no interior do mono cristal e movendo-se erraticamente por efeito da energia térmica. Obtem-se, também, elétrons livres pela aplicação de campos convenientes. Por outro lado, criado um elétron livre abre-se uma vaga nas ligações cova- lentes, chamada lacuna; outros elétrons ligados podem vir a ocupar esta lacuna, que se transfere para outros átomos da rede cristalina. 4. | CARGA ELÉTRICA A matéria é composta de átomos. Os átomos são constituídos por um um núcleo denso, positivamente carregado, envolvido por uma nuvem de elétrons (e- letrosfera) Prótons Núcleo Neêutrons Eletrosfera - elétrons Figura 1 - Modelo atômico Carga do elétron — e=-1,6002 x 10C Carga do próton — e =+1,6002 x 10C Se atritarmos corpos percebemos a presença das cargas elétricas. A carga elétrica é quantizada. Qualquer quantidade de carga Aq, existente na natureza, não importando qual possa ser sua origem, pode ser escrita como: Aq=N.lel O) Sendo N um número inteiro, positivo ou negativo. Corpo material macroscópico contém partículas em número elevado. A carga elétrica de um corpo é a soma algébrica das cargas elementares positivas em número N, e das negativas em número N. que ele contém. Aq=(N.-No.lel 2) Corpo neutro > Aq= O Corpo eletrizado —» Aq *0 Um sistema é eletricamente isolado quando não recebe cargas do ambiente, nem cede cargas ao ambiente. Lei de conservação. "Em sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas positivas e negativas é constante". 5. INTENSIDADE MÉDIA DE CORRENTE ELÉTRICA Consideremos um condutor metálico, submetido a uma tensão elétrica E. A equação (4) é a derivada da carga em relação ao tempo dq [= 5 dt 6) A expressão (5) é a definição mais geral para corrente elétrica. Se conhecermos como a corrente varia com o tempo e quisermos saber como a carga varia com o tempo, basta integrar a corrente em relação ao tempo. (da dt dq=Idt fag= [td > a=[ldt (6) 7 CORRENTE CONTÍNUA CORRENTE CONTIDA É aquela que percorre o condutor sempre no mesmo sentido. Exemplo: correntes geradas por pilhas, baterias e outros geradores de corrente contínua. Figura 3 - Corrente contínua 8. CORRENTE ALTERNADA É aquela cujo sentido varia em função do tempo. Exemplo: corrente alternada da rede elétrica. I= max seno-t “Imax Figura 4 - Corrente alternada 9. LEIS DE OHM Ligando-se um condutor a uma fonte de tensão, surge uma corrente no condutor. a) Primeira lei de OHM "A tensão elétrica ou diferença de potencial nos terminais do condutor é direta- mente proporcional à intensidade de corrente no condutor”. A B E =D + - | E WE Figura 5 - Primeira Lei de OHM Va — potencial elétrico do ponto A (volts) Vp > potencial elétrico do ponto B (volts) Uas = Va - Vs — diferença de potencial entre A e B ou tensão Uas-1 — diretamente proporcional U = = constante U E =R (MD 10.) al) a.2) o=1, unidade p Define-se condutância elétrica como sendo o inverso da resistência. G= 11) unidade G= ã =1 siemens(S) ASSOCIAÇÃO DE RESISTÊNCIAS a) Associação série A RB Bo o c Rh DRE PATA TATA A q” Figura 6 - Associação série Propriedades: a corrente em todos os resistores é a mesma. a diferença de potencial entre os extremos é igual à soma das ddp(s) em cada resistor. Usar = Uas + Upc + Ucp + Upe RI=RjJ+RI+RI+RI RI=(R/4+R,+R;+R9)1 R=R;+R,+R;+Ry (12) N genericamente R=),Ri (13) il b) Associação paralelo Figura 7 - Associação paralelo Propriedades: b.1) a diferença de potencial é a mesma em todos os resistores. b2) acorrente total é igual à soma das correntes em cada resistor. I=h+b+5 Usa Usa | Us, Us RR Ro Rs LL LL RR! Ro" Rs (14) Consideremos o caso particular de dois resistores em paralelo. as) Ne) P=U.I (19) Quando a corrente elétrica atravessa um resistor, há dissipação de potência por efeito Joule. P=UL U-=RI>I= u R Pa=UL=RI.I -. Pa=RÉ (20) 2 U U P=U=Uo P=— 21 q g “MR 21 As equações (20) e (21) permitem calcular a potência dissipada. P=iwat=1W Múltiplos 1 quilo watt =1kW=10"W 1 mega watt MW = 10º W 1 giga watt =16W=10W 12. VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE E DA RESISTÊNCIA COM A TEMPERATURA TEMIERAI UNA Por experiência verifica-se que à resistência elétrica de um resitor varia sensivelmente com a temperatura. Em sólidos e líquidos essa variação é muito u mais acentuada do que a dilatação térmica. Em condutores constituídos por metais puros a resistência aumenta com a temperatura. Na grafite, nos eletrólitos e em al- gumas ligas ela diminui quando a temperatura se eleva. A variação da resistência R com a temperatura, em intervalos de tempera- tura, é dada por: R=Ro[l+a (0-0) (22) R > resistência à temperatura O Ro — resistência à temperatura 0, a — coeficiente de temperatura do material Com R= PE » para a resistividade p, temos: p=poll+a(8-65)] (23) p — resistividade à temperatura O Po — resistividade à temperatura 0, a — coeficiente de temperatura do material 
