eletroeletronica, Notas de estudo de Eletrônica

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Eletroeletrônica

Industrial

A IMPORTÂNCIA DA ELETRICIDADE

A eletricidade é uma das mais importantes formas de energia usada no mundo de hoje. Sem ela, não existiria: iluminação adequada, comunicações de rádio ou televisão, nem os serviços telefônicos; e as pessoas teriam que se conformar em viver sem os eletrodomésticos tão comuns hoje em dia. Além disso, sem a eletricidade o setor de transportes não seria como é atualmente, uma vez que a eletricidade é utilizada em todos os tipos de veículos. Uma análise rápida dos fatos leva a conclusão que a eletricidade está presente em todos os campos da atividade humana.

HISTÓRICO

Embora a eletricidade só viesse a ser utilizada nos tempos modernos, sua descoberta data de 2000 anos e foi atribuída aos gregos. Eles observaram que quando um material, agora conhecido como âmbar, era atritado com alguns materiais, ele se tornava eletrizado com uma força misteriosa. O âmbar eletrizado atraía certos materiais tais como folhas secas e serragem. Os gregos chamaram o âmbar de elektron , o que originou a palavra eletricidade. Por volta de 1600, William Gilbert classificou os materiais que se comportavam como o âmbar de elétricos e os outros de não-elétricos. Em 1733, o francês Charles DuFay, verificou que um pedaço de vidro eletrizado atraía alguns objetos eletrizados, mas repelia outros. Ele concluiu que existiam dois tipos de eletricidade.

O QUE É ELETRICIDADE

Os cientistas contemporâneos de Benjamin Franklin pensavam que a eletricidade era um fluido composto de cargas positivas e negativas. Atualmente, porém, os cientistas a definem como sendo produzida por partículas muito pequenas, denominadas elétrons e prótons. Estas partículas são pequenas demais para serem vistas, entretanto existem em todos os materiais. Para compreender sua existência, é necessário, primeiro, entender a estrutura da matéria.

Noções de Eletricidade

Energia e Energia Elétrica

Energia é a capacidade de produzir trabalho e apresenta-se sob várias formas.

_ Energia Térmica; _ Energia Mecânica; _ Energia Elétrica; _ Energia Química; _ Energia Atômica, etc.

Note que a corrente tem que percorrer o mesmo caminho, continuamente. É um caminho fechado; é um circuito elétrico.

Corrente Elétrica

Chamamos de elétrons as partículas invisíveis existentes nos fios, que estão em constante movimento desordenado. Para que estes elétrons se movimentem de forma ordenada nos fios é necessário ter uma força que os empurre. A esta força chamamos de tensão elétrica (U).

Este movimento ordenado de elétrons, provocado pela tensão, forma então uma corrente de elétrons. A esta corrente de elétrons chamamos de corrente elétrica (I).

Para fazermos idéia do comportamento da corrente elétrica, podemos compará-la com uma instalação hidráulica. A pressão que a água faz depende da altura da caixa. A quantidade de água que flui pelo cano vai depender desta pressão, da grossura do cano, e da abertura da torneira.

Condutores

A camada de valência pode conter até 8 elétrons. Como a energia aplicada aos elétrons de valência se distribui entre eles, os átomos que possuem menos elétrons de valência permitirão que estes elétrons sejam libertados mais facilmente. Os materiais cujos elétrons são mais facilmente libertados são chamados condutores. Os átomos desses materiais possuem somente um ou dois elétrons de valência. Os materiais com apenas 1 elétron de valência são os melhores condutores elétricos. Uma análise da tabela da p. 33 permite selecionar os bons condutores. Todos eles têm apenas 1 elétron em sua camada externa. A maioria dos metais são bons condutores, sendo que os mais familiares são: cobre (n° 29), prata (n° 47) e ouro (n° 79).

Isolantes

Isolantes são materiais em que os elétrons têm muita dificuldade para se tornarem livres. Os átomos desses materiais apresentam suas camadas de valência totalmente preenchidas com 8 elétrons ou incompletas, porém com mais de 4 elétrons. Qualquer energia aplicada a estes átomos será dividida por um número relativamente grande de elétrons. Porém, além disso, estes átomos resistem à libertação de elétrons. Porém, além disso, estes átomos resistem à libertação de elétrons devido a um fenômeno conhecido como estabilidade química. Um átomo é completamente estável quando sua camada externa se apresenta totalmente preenchida, ou quando esta tem 8 elétrons de valência. Um átomo estável resiste a qualquer tipo de reação. De fato, ele não se combina com nenhum outro átomo para formar uma substância composta. Existem seis elementos estáveis na natureza: hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio; esses elementos são conhecidos como gases inertes ou nobres. Todos os átomos que possuem menos do que 8 elétrons de valência tendem a atingir o estado estável. Aqueles que têm menos do que 4 elétrons (os condutores) tendem a libertar esses elétrons para esvaziar a camada instável. Por outro lado, aqueles que possuem mais do que 4 elétrons (os isolantes) tendem a receber elétrons para preencher a camada de valência; assim, além de ser difícil libertar seus elétrons, os átomos dos isolantes se opõem à produção de eletricidade com sua tendência de recolher alguns elétrons que poderiam ser libertados. Átomos que possuem 7 elétrons de valência têm uma grande tendência a preencher sua camada externa e são excelentes isolantes elétricos.

Resistência

O termo condutância é utilizado para descrever a facilidade de um material conduzir a corrente elétrica. Podemos dizer também que materiais de baixa condutância se opõem ou resistem à passagem da corrente elétrica. Alguns materiais, entretanto, oferecem maior resistência ao fluxo de elétrons do que outros. Realmente, esta é a forma com que os materiais são relacionados no campo da eletricidade. Se cortássemos, de forma padronizada, um pedaço de cada um dos metais mais comuns e ligássemos estes pedaços a uma bateria, um por vez, encontrariamos diferentes intensidades de corrente elétrica. É que cada metal possuía uma resistência diferente ao movimento de elétrons. A forma padrão, normalmente usada no teste de resistência dos metais, é um cubo de 1 centímetro de aresta. O gráfico de barras mostra a resistência de alguns metais mais comuns comparados com o cobre. A prata é melhor condutor do que o cobre porque possui menor resistência. O níquel-cromo apresenta uma resistência 60 vezes maior do que a do cobre, ou seja, no cobre circulará 60 vezes mais corrente do que no níquelcromo, se eles forem ligados, separadamente, à mesma bateria.

Como a resistência pode ser diminuída

A resistência de qualquer material, efetivamente, depende do número de elétrons livres que ele tem disponível. Conforme foi visto, a corrente elétrica é medida em ampéres; 1 ampére representa 6 280 000 000 000 000 000 de elétrons livres passando por um dado ponto de um fio em 1 segundo. Portanto, um bom condutor deve dispor de um número de elétrons livres que possibilite o fluxo de muitos ampéres. Como a corrente é uma medida do fluxo de elétrons por um ponto de um fio, pode-se aumentar a disponibilidade de elétrons aumentando-se a espessura da peça de metal, possibilitando um fluxo maior de corrente. Uma peça de cobre de 2 centímetros de altura e 1 centímetro de largura possui o dobro de elétrons livres, no ponto em que a corrente está sendo medida, do que uma peça de cobre de apenas 1 centímetro de altura e 1 centímetro de largura. A peça de altura maior conduzirá o dobro de corrente. Se a peça considerada tiver 2 centímetros de largura, a corrente também duplicará e a resistência cairá à metade novamente. Quando aumentamos a largura ou a altura de uma peça de metal, estamos aumentando sua área transversal. Quanto maior a área transversal de um condutor, menor será sua resistência.

Como a resistência pode ser aumentada

Aumentando a área transversal de um condutor, teremos um maior número de elétrons livres disponíveis para a formação da corrente, portanto, a resistência do condutor foi diminuída. Isso poderia levar à conclusão de que o aumento do comprimento de uma peça de cobre poderia provocar o mesmo fenômeno. Porém, isso não ocorre. Embora uma peça de cobre de comprimento maior disponha de um

número maior de elétrons livres, a quantidade extra de elétrons não é disponível ao longo da linha em que a corrente é medida. Realmente, cada comprimento de condutor possui certa resistência. Quando adicionamos um comprimento extra de cobre, efetivamente adicionamos mais resistência. Quanto maior o comprimento de um fio, maior será sua resistência.

Como a resistência é variada

Verificamos que a resistência de um pedaço de fio pode ser aumentada ou diminuída, pelo acréscimo ou decréscimo de seu comprimento. Da mesma forma, podemos diminuir ou aumentar a resistência, através do acréscimo ou decréscimo de sua área transversal. Se dobrarmos o comprimento de um fio, sua resistência também dobrará. Devido a essa relação, dizemos que a resistência de um fio é diretamente proporcional ao seu cumprimento. Se dobrarmos a área transversal de um fio, sua resistência cai à metade. Devido a isso, dizemos que a resistência do condutor é inversamente proporcional à sua área transversal. Portanto, escolhendo-se um metal adequado para um condutor podemos, através da variação do comprimento e da área transversal, obter qualquer valor de resistência desejado.

RESISTORES

A unidade de resistência

Durante o início do século XIX, o cientista alemão Georg Simon Ohm realizou muitas experiências com a eletricidade e fez algumas das primeiras descobertas sobre a natureza da resistência elétrica. Em sua homenagem, a unidade de resistência é chamada ohm. Um condutor possui uma resistência de 1 ohm quando uma fem de 1 volt provoca a passagem de corrente de 1 ampére através desse condutor. Se, por exemplo, a fem de 1 volt causasse uma corrente de ½ ampére, a resistência seria de 2 ohms. Através dessa relação, podemos determinar a resistência exata de um condutor de qualquer tipo, forma e tamanho. Os valores de resistência variam desde frações de ohms até quilohms (1000 ohms) e megohms (1000000 ohms). O símbolo de ohm é a letra Omega (_).

Os resistores são utilizados para:

 transformar energia elétrica em calor, como nos chuveiros, aquecedores e ferro elétrico;  controlar a intensidade da corrente elétrica;  produzir queda de tensão

Definição de resistência elétrica

Denomina-se resistência elétrica de um resistor a razão entre a ddp nos seus terminais e a intensidade da corrente que o atravessa.

Unidade de resistência elétrica

No SI, em homenagem ao cientista alemão Georg Simon Ohm (1787-1854), a unidade de resistência elétrica é o ohm (símbolo , letra grega maiúscula ômega ). A resistência elétrica é medida por um aparelho chamado Ohmímetro.

Os múltiplos do ohm são: Quiloohm (KΩ) = 103 Ω Megaohm (MΩ) = 106Ω

Exemplo

Quando uma corrente de intensidade 5 A percorre um resistor, a ddp nos seus terminais é de 60 V. Quanto vale a resistência desse resistor?

Associação de Resistores em Paralelo

Dois ou mais resistores estão associados em paralelo quando submetidos à mesma ddp.

Atenção: R2 e R3 não estão em série, pois entre eles há uma ramificação para R4; analogamente, R2 e R4 não estão em série.

Manuseio e cuidados com Instrumentos de medidas elétricas

O que fazem os medidores?

Um medidor é um instrumento de medição. O resultado de uma medição é uma medida. Não há cunho científico onde não houver medida. Em Eletrônica, os amperômetros medem intensidades de corrente, os voltômetros medem a diferença de potencial (tensão) entre dois pontos e os ohmômetros medem as resistências elétricas dos condutores.

Cometendo erros de nomenclatura, porém já consagrados pelo uso, tais aparelhos são mais conhecidos por: amperímetro, voltímetro e ohmímetro. [Nota: O Sistema Internacional de Unidades, no trecho dedicado á nomenclatura, indica: aparelhos de medida direta são grafados com terminação em "ímetro" (tal como o paquímetro) e os de medida indireta são grafados com terminação "ômetro" (tais como o cronômetro, odômetro, amperômetro, voltômetro etc.). Os técnicos em eletricidade e eletrônica não 'falam' cronímetro ou odímetro, mas dão-se por satisfeitos com amperímetro, voltímetro etc. ]

Um 'multímetro' ou multiteste incorpora todas essas funções de medidores e possivelmente outras mais, num só equipamento.

Antes de entrarmos em detalhes no manuseio dos multímetros, é importante para você ter uma idéia clara de como os medidores são conectados ao circuito sob inspeção.

1. A ilustração abaixo mostra um circuito em duas situações, A antes e B depois de se ligar um amperímetro: