GRANDEZAS ELÉTRICAS

1.3 - CORRENTE ELÉTRICA

Corrente: E´o movimento ou fluxo de elétrons.

Para produzir corrente: Os elétrons devem se deslocar pelo efeito de uma diferença de potencial (ddp).Representação da corrente: Letra (I).Unidade fundamental da corrente: Ampére (A).

Onde: A = Ampére C = Coulomb s = segundo

Definição da corrente

Onde: I = Corrente (A) Q = Carga (C) T = tempo (s) Fluxo da corrente Elétrons livres em movimento

Fio condutor de cobre _ +

ddp = 1,5 V

Fluxo de elétrons

Corrente adotada em circuitos elétricos:

Fluxo convencional

1

- Q + Q

TIPOS DE CORRENTE

- Corrente contínua - Corrente alternada

Aparelho utilizado para medir corrente: AmperímetroSímbolo:

+ _ Como fazer a medição:

Corrente contínua I

+ I

t Obs.: A razão dessa corrente unidirecional se deve ao fato das fontes de tensão (pilhas, baterias), manterem a mesma polaridade de tensão de saída.Corrente alternada I + I + _ t _ I

Obs.: Em termos de fluxo convencional, a corrente flui do terminal positivo da fonte de tensão, percorre o circuito e volta para o terminal negativo, mas quando o gerador alterna a sua polaridade, a corrente tem que inverter o seu sentido.

2

A

127 VAmperímetro

AMPERÍMETRO DE PAINEL

MULTÍMETRO ANALÓGICO

3

MULTÍMETRO DIGITAL

4

ALICATE AMPERÍMETRO ANALÓGICO

5

Exercícios:

1) Se uma corrente de 2A passa através de um medidor durante 1 minuto, quantos Coulombs passam pelo medidor?Solução:

2) Calcule a corrente em ampéres quando uma carga de 650C passar através de um fio em 50s.

3) Se 465C de carga passam através de um fio em 2,5minutos, qual será a corrente em ampéres?

4) Se uma corrente de 40A é mantida por 1 min, quantos coulombs de carga passam através do fio?

5) Quantos coulombs de carga passam através de uma lâmpada em 2 min se a corrente for constante e igual a 750mA.

6) Se a corrente em um condutor for constante e igual a 2mA, quanto tempo será necessário para 4.600x10-6 C passar através do condutor?

6

1.4 - TENSÃO ELÉTRICA

Tensão: E´a diferença de potencial, (ddp).

Unidade fundamental da tensão: Volt

Símbolo: V

A diferença de potencial V entre dois pontos é medida pelo trabalho necessário à transferência de carga unitária de um ponto para o outro.

Definição da tensão

Onde: - V = Tensão em Volts- W = Energia em J- Q = Carga em Coulomb (C)

Tipos de tensão

- Tensão em corrente contínua - Tensão em corrente alternada

Aparelho utilizado para medir tensão: Voltímetro

Símbolo:

+ _

7

V

Como fazer a medição:

Tensão de corrente alternada (VCA)

V + V + t _ V _

Uma fonte de tensão alternada inverte ou alterna periodicamente a sua polaridade.

Tensão de corrente contínua (VCC)

V

+ V

t

Uma fonte de tensão contínua pode variar o valor da sua tensão de saída, mas se a polaridade for mantida, a corrente fluirá somente num sentido.

8

127 VVoltímetro

TERMINOLOGIA APLICADA A TENSÃO ELÉTRICA

Potencial: É a tensão num ponto em relação a outro ponto no sistema elétrico. Normalmente o ponto de referência é o (ponto comum ou terra), cujo potencial é igual a zero.

Exemplo: 3,3K

10K 2,2K 8V 4,7K

Voltímetro

Diferença de potencial (ddp): É a diferença algébrica de potencial (ou tensão) entre dois pontos de um circuito.

Tensão: Quando esse termo aparece isolado, significa o mesmo que potencial.

Diferença de tensão: É a diferença algébrica de tensão (ou potencial) entre dois pontos de um sistema.Exemplo: Queda ou aumento de tensão.

Força eletromotriz (fem): É a força que estabelece o fluxo de carga (ou de corrente) em um sistema graças à aplicação de uma diferença de potencial.Exemplo: Associado às fontes de energia elétrica.

9

VOLTÍMETRO DE PAINEL

10

FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE CORRENTE CONTÍNUA

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Exercícios:

1) Determine a diferença de potencial entre dois pontos de um sistema elétrico, se 60J de energia forem gastos para deslocar uma carga de 20C entre esses dois pontos.

2) Calcule o valor da carga Q que precisa de 96J de energia para ser movida ao longo de uma diferença de potencial de 16 V.

3) Quanto de carga passa por uma bateria de 22,5V se a energia usada for de 90J?

4) se a diferença de potencial entre dois pontos é 42 V, qual o trabalho necessário para levar 6C de um ponto a outro?

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1.5 – POTÊNCIA ELÉTRICA

Se um trabalho está sendo realizado em um sistema elétrico, uma quantidade de energia está sendo consumida. E esta energia é chamada de potência.

Onde:- P = potência (W)- W = energia (J)- t = tempo (s)

A variação da energia é dada pelo produto da tensão aplicada pela variação da carga que se move através do elemento.

Onde:- P = potência (W)- V = tensão (V)- I = corrente (A)

Aparelho utilizado para medir a potência: Watímetro

Símbolo:

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W

Como fazer a medição:

- Forma direta

127V

Escala linear

Bobina fixa: Amperimétrica Bobina móvel: Voltimétrica

- Forma indireta

127V

14

W

A

V

Watts

Volts Ampéres

MEDIDOR DE kWh

15

ALICATE WATÍMETRO

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Exercícios:

1) Se um resistor dissipa 429J em 7 min, qual a potência dissipada?

2) A potência dissipada por um componente é 40J por segundo. Quanto tempo será necessário para que sejam dissipados 640J?

3) Quantos joules uma pequena lâmpada de 2W dissipa em 8h?

4) Durante quanto tempo um resistor deve ser percorrido por uma corrente estacionária de 2A, a qual gera uma tensão de 3 V sobre o resistor, para que ele dissipe uma quantidade de energia igual a 12J?

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1.6 – FONTES DE ELETRICIDADE

Bateria:

Uma bateria “bateria de células” consiste de uma combinação de duas ou mais células similares;

Uma célula é uma unidade fundamental de geração de energia elétrica pela conversão de energia química ou solar;

Todas as células podem ser classificadas como primária ou secundária:

- Célula secundária: Recarregável (reação química reversível);- Célula primária: Não pode ser recarregada.

Os dois tipos mais comuns de baterias recarregáveis são:

- Bateria de chumbo-ácido: Usadas principalmente em automóveis;- Bateria de níquel-cádmio: Usadas em calculadoras, ferramentas

portáteis, etc.

Exemplo: Bateria de carro.

Em geral possui 6 células.

2,1V 2,1V 2,1V 2,1V 2,1V 2,1V

_ + _ + _ + _ + _ + _ + _ +

12,6V Metal

Eletrólito +

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1.7 - GERAÇÃO E FONTES DE CORRENTE ALTERNADA

Em geral, nossos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, dão-se por meio de tensões e correntes alternadas, ou seja, ondas como funções senoidais ou cossenoidais.

Praticamente, existem vários dispositivos capazes de gerar tais ondas, mas vamos aqui discutir a forma mais usual delas que é através da indução eletromagnética, ou seja, através de máquinas rotativas, as “máquinas síncronas”, máquina essa presente em todos os hidro e turbogeradores.

19

USINA HIDRELÉTRICA

20

USINA HIDRELÉTRICA

21

TIPOS DE TURBINAS

PELTON

22

TIPOS DE TURBINAS

FRANCIS

23

TIPOS DE TURBINAS

KAPLAN

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USINA A VAPOR

OUTROS TIPOS DE GERAÇÃO

SOLAR EÓLICA

Princípio da geração de tensões.

Considere uma espira imersa em um campo magnético constante e uniforme, criado pelos pólos Norte e Sul.

S

A0

N

Sendo o fluxo constante e girando-se a espira com uma velocidade angular definida, resulta no movimento relativo entre a espira e o campo.

Desta forma, pela lei de Faraday- Lenz, nos terminais dessa espira será induzida uma tensão, a qual poderá ser aplicada a um circuito externo através de anéis coletores e escovas.

4 3 5

N 2 6 S

1 7 0

0 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 360°

0 1 2 3 4 5 6 7 8

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A0 = Área da espira

= Velocidade angular

Posições instantâneas de rotação à velocidade constante.

Fem nas posições respectivas

Obs.: A rotação da espira provoca uma variação contínua do fluxo magnético que atravessa o condutor, induzindo assim uma tensão de onda senoidal no condutor.

Esta variação do fluxo é a tensão induzida que varia de zero, quando o condutor está na vertical e para um máximo, quando o condutor está na horizontal.

Se t = 0s corresponde a um tempo quando o condutor está na vertical e a tensão induzida está aumentando, a tensão induzida é:

Onde:

Ciclos de tensão alternada gerada pela rotação de uma espira

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Posição 1 0 0 V N S

Posição 2 0 90° 90° V N S

Posição 3 0 90° 180° V N S

180°

Posição 4 0 90° 180° 270° V 270° N S

Posição 5 0 90° 180° 270° 360°

360° V

N S

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REPRESENTAÇÃO DE FUNÇÕES SENOIDAIS

Seja a função senoidal:

v1 (V)

20

1,67 4,17 8,33 10 12,5 16,7 t (ms) -20 0,628 1,57=/2 3,77 4,71=1,5 2 t (rad) 36° 90° 180° 216° 270° 360°

É a soma de dois termos ( o 1° está em radiano e o 2° em graus ), os 30° chama-se ângulo de defasagem.

v2 (V) 20 10

1,67 4,17 8,33 10 12,5 16,7 t (ms) -20

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Onda co-senoidal (cos):

Sua forma de onda tem o mesmo formato que a forma de onda senoidal, mas é avançada de 90° (um quarto de período). Observe que os valores da onda co-senoidal v3 ocorrem um quarto do período mais cedo do que a onda senoidal v1.

v3 (V)

20

1,67 4,17 8,33 10 12,5 16,7 t (ms) -20 36° 90° 180° 216° 270° 360°

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