guia manga eletrónica
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7/30/2019 Guia manga eletrnica
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Guia mang de
Eletricidade
Kazuhiro FujitakiMatsuda
Trend-pro Co., Ltd.
novatec
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Sumio
PREFCIO xi
Plogo:De Electopia, a Tera da Eleticidade 1
1O QUE ELETRICIDADE? 13
A eletricidade e a vida cotidiana 14Unidades eltricas 15Eletricidade em casa 19
Como a eletricidade funciona 25A verdadeira natureza da eletricidade 26Corrente e descarga eltrica 30Estrutura atmica e condutividade 34
Eletricidade esttica 36A srie triboeltrica 40Usos da eletricidade esttica 43
Etiquetas nos produtos eltricos do consumidor 45Tenso e potencial 46tomos e eltrons 47Eletricidade esttica 49
Fora eletrosttica 49A srie triboeltrica 51Movimentao de cargas e direo da corrente 51
2O QUE SO CIRCUITOS ELTRICOS? 55
Circuitos eltricos em aparelhos do dia-a-dia 56O circuito de uma lanterna 59Partes de um circuito eltrico 61
A lei de Ohm e os mtodos de conexo de componentes eltricos 67
Circuitos eltricos e lei de Ohm 68Conexes em srie e em paralelo 69
Circuitos eltricos e corrente 73Smbolos grficos 73Circuito de corrente contnua e circuito de corrente alternada 74
Lei de Ohm 76Resistividade e condutividade 77Resistncia equivalente 78
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viii Sumio
3Como a eleticidade funciona? 81
Por que a eletricidade produz calor? 82Eletricidade e calor de Joule 85Como o calor gerado pela corrente? 87Emisso trmica e luminescncia 90
Corrente e campos magnticos 94
Regra da mo esquerda de Fleming (para motores cc) 98Regra da mo direita de Fleming (para geradores) 100
Calor de Joule 104Vibrao trmica 104Ondas eletromagnticas 106Eletricidade e magnetismo 107Regra da mo esquerda de Fleming e motores 109Regra da mo direita de Fleming e os geradores eltricos 110Eletricidade e bobinas 111
Bobinas e induo eletromagntica 111
Bobinas e indutncia 112Bobinas e corrente alternada 113Bobinas e transformadores 114
Capacitores 115Capacitores e corrente alternada 115
4Como voc gea eleticidade? 117
Geradores 118Como o gerador de energia produz eletricidade? 121
Pilhas (ou baterias) e outras fontes de eletricidade 124Clulas qumicas 126O que acontece em uma pilha de clula seca? 132gua e clulas de combustvel 135nodos e ctodos 138
Criando a sua prpria pilha de moeda 140Pilhas termeltricas 141Eletricidade gerada por usina de energia 147
Gerao de energia trmica 149Gerao de energia nuclear 151Gerao de energia hidreltrica 152
Gerao de energia elica 154
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Sumio ix
5Como usa a eleticidade adequadamente? 155
O que so semicondutores? 161Diodos e transistores 169
Diodos emissores de luz 174Transistores 176
Diodos 186
Transistores 188Transistor de efeito de campo 188Conversores e inversores 189Sensores 190
Sensores de temperatura 190Sensores pticos 192
eplogo 197
ndice 201
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2 Prlogo
MA, O ETUDANTEDE ELECTOPIA TMO MEMO TIPO DEPOBLEMA QUE O
ETUDANTE DA TERA.
ereko...
ABE PO QUECHAMEI VOC
AQUI?
Uh...um...
BOM, EU NUNCA FUIMUITO EPETA...
MA INCEAMENTE,NO EI.
TUDO BEM. VOC QUAEACETOU A EPOTA.
ELECToPIA
este um mundo onde osdispositivos eletrnicos soum pouco mais avanados que
os da teRa.
* ECOLA CENTALDE TEINAMENTO
ELTICO
*
*
* ALA DOPOFESOE DAECOLA TCNICA
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J QU PODMO ECV SAQUAO COMO...
CORN (A) =
Potncia (W)
tenso (V)
...AMBM PODMO FACILMNNCONA A CORN.
PAA ACHALIA
LICA...
...N MO
1000W
100V= 10A
NO ?
CORO!
AGOA VAMO V A NGIA. ACONA LICA MNAL VM NAUNIDAD KWH (QUILOWAT-HOA)
QU PNA A QUANIDAD DNGIA LICA QU UMA FAMLIA
UILIZA...
PA... AQUI!
18 Captulo 1 O que letricidade?
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A srie triboeltrica 51
A srie triboeltrica
A eletricidade esttica mais facilmente gerada quando o ar fica mais seco - a umidade
impede a eletricidade esttica de se reunir em uma superfcie. Alm disso, algumas roupas
se tornam facilmente carregadas, enquanto que outras no, dependendo do material de que
so feitas. J que a seda tem boa absoro de gua e contm muito mais umidade que as
fibras sintticas, isso pode reduzir a ocorrncia de eletricidade esttica.
As polaridades das cargas geradas pela frico variam conforme os materiais que so
esfregados juntos. Essas diferenas so representadas pela srie triboeltrica. Por exemplo,se cabelo e algodo forem esfregados juntos, o cabelo vai se tornar positivamente carregado
e o algodo vai se tornar negativamente carregado, mas para algodo e vinil, o algodo vai
se tornar positivamente carregado e o vinil vai se tornar negativamente carregado.
Quanto mais afastados os materiais ficam na srie triboeltrica, mais eletricidade est-
tica gerada entre eles, e quanto mais prximos na srie triboeltrica os objetos estiverem,menos eletricidade esttica gerada. Em outras palavras, voc pode reduzir a ocorrncia de
eletricidade esttica ao vestir roupas feitas de materiais que ficam prximos na srie tribo-
eltrica.
Movimentao de cargas e direo da corrente
O relmpago tambm resultado de eletricidade esttica. O relmpago ocorre quando a
eletricidade esttica produzida pela frico de granizo e partculas de gelo em uma nuvem
descarrega entre a nuvem e a terra. No caso do relmpago, existe o ar (isto um isolante
pelo qual a eletricidade tem dificuldade de passar) entre as cargas positivas e negativas,
ento a descarga no ocorre facilmente.Quando uma grande quantidade de carga se forma e a diferena potencial entre as
cargas positivas e negativas extremamente grande, o isolamento do ar de repente se que-
bra e ocorre uma descarga eltrica. A descarga eltrica o fenmeno no qual a carga passa
continuamente. Esse fluxo contnuo de eletricidade chamado de corrente.
SRIE TRIBOELTRICANegativo Positivo
PELE
VINI
L
POLI
ETILENO
POLI
STER
COBR
E
BORR
ACHA
MADE
IRA
AO
ALGO
DO
PAPE
L
SEDA
L
Nylo
n
CABE
LO
VIDR
O
A srie triboeltrica
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E EPEENTAMO ISO EM UMAFMULA, VAI FICA ASIM:
GRR!ISO MEMOCOMPLICADO.
BEM, VAMO pensarem casos simples
PIMEIO, OK?
Ok...
E DUA LMPADA
IDNTICA ETIVEEMCONECTADA EMIE, O VALO DAEITNCIA ODOBO, CETO?
NESE CAO, J QUE ACORENTE PELA METADE,A LUMINOIDADE DE CADA
LMPADA MAI FACA DO QUEQUANDO UMA LMPADA ET
CONECTADA.
PAA OBTEMOEM AMBA A
LMPADA A MEMALUMINOIDADE DEUMA NICA LMPADACONECTADA, N
DEVEMO DOBA Atenso.
EITNCIAequivalente
=1
1 1
R1 R2
+=
R1 R2
R1 + R2
(PODUTO pela OMA)
tuf
R1
R2
1LMPADA
2
LM
PADA
Clic
BRILHANTE
FRACA
Conexes em srie e em paralelo 71
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78 Captulo 2 O que so circuitos eltricos?
esistncia equivalente
Existem dois mtodos bsicos de conectar componentes eltricos. Vamos ver ambos com
relao resistncia. Quando existem mltiplas resistncias em um circuito, podemos con-
sider-las como uma nica resistncia equivalente.
O mtodo de conectar resistncias em uma fila chamado de conexo em srie. Ns
calculamos o valor da resistncia equivalente de uma conexo em srie pela soma dos valo-
res das resistncias individuais.
Resistncia efetiva = R0 = R1 + R2 + ... + Rn
Nesta conexo, a intensidade da corrente que passa em cada resistncia a mesma. A
tenso da fonte de alimentao a tenso dividida para cada resistncia..
Se duas lmpadas do mesmo tamanho forem conectadas em srie a uma fonte de
alimentao, a corrente ser a metade, e a luminosidade de cada lmpada vai ser mais
fraca do que quando apenas uma lmpada estava conectada, pois a resistncia equivalente
dobrou. Neste caso, a tenso em ambos os lados de cada lmpada ser a metade do valor
da tenso da fonte de alimentao.
+
R0
= R1+ R
2+ R
3+ ... + R
n
RESISTNCIA EFETIVA
CONEXOEM SRIE
R1 R2 R3 Rn
V1
V2
V3
Vn
CALCULAR A TENSO DA FONTE DE ALIMENTAO
PELA DIVISO DA TENSO PELA SOMA DAS RESISTNCIAS.
TENSO DA FONTE DE ALIMENTAO (V)
Conexo em srie e resistncia equivalente
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EEKO, VOC SABE OQUE ISTO SIGNIFICA?
profesorHIKAU! CLAO!
VOC EST ATIANDOPAPEL, TESOUAS,E PEDAS! IsO
IMBATVEL!
NO...EU NO qui dizer
O jogo DE PEDAS,PAPEL E TESOUAS.
SE UM CONDUTO FO COLOCADOEM UM CAMPO MAGNTICO E PAsACORENTE, UMA FOA EXECIDA
SOBE O CONDUTO que SE
MOVIMENTA CONFOME AREGRA DAMO ESQUERDA DE FLEMING.
QUANDO A SUAMO ESQUEDA COLOCADA DESTA
FOMA...
EsA EGA DIZ QUE O DEDOINDICADO APONTA NA DIEO DOCAMPO MAGNTICO (N PAA S), O
DEDO MDIO APONTA NA DIEO EMQUE A CORENTE SE MOVIMENTA, E OCONDUTO SE MOVIMENTA NA DIEO
INDICADA PELO POLEGA, COMOESULTADO DA FOA QUE AGE NA
MESMA DIEO.
A MOESQUEDA...
ESTA?
egra da mo equerda defleming (para motore cc)
Papel teoura
pedra
O CONDUTO SE MOVIMENTANESTA DIEO
O CAMPO MAGNTICO
APONTA DE NOTE PAA SULNESTA DIEO
A CORENTEPAsANESTA
DIEO
98 Captulo 3 Como a eletricidade funciona?
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FLEMING TAMBM TEM
UMA EGA DA MODIEITA!
O QUE EsA EGADIZ?
SE UM CONDUTO SEMOVIMENTA ENTE OSPolo DE UM IM, OCONDUTO CUZA umCAMPO MAGNTICO.
Ok...
UMA AO QUE FAZ A ELETICIDADEFLUI, QUE CHAMADA DE FORA
ELETROMOTRIZ, GEADA NOCONDUTO NEse momento, E A
CORENTE PAsA.
O FLUXO DEsA CORENTE NADIEO DO DEDO MDIO DA MO
DIEITA, A DIEO DO CAMPOMAGNTICO A DIEO DO DEDO
INDICADO, E A DIEO DOMOVIMENTO DO condutor ELTICO
A DIEO DO POLEGA.
egra da mo direita defleming (para geradore)
Condutor
MOVIMENTODO
CONDUTO
coRente
Movimento
O CONDUTOSE MOVIMENTANESTA DIEO
O CAMPOMAGNTICON-S APONTA
NESTA DIEO
A CORENTESE MOVIMENTANESTA DIEO
100 Captulo 3 Como a eletricidade funciona?
CAMPOMAGNTICO
CAMPOMAGNTICO
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Criando a sua prpriapilha de moeda
J QUE NABEMO QUAL
REAO QUMICAA PILHA UTILIZA,
IMPLE CRIARA NOSA PRPRIA
PILHA.
MEMO?
TUDO O QUEPRECIAMO O DOITIPO DE METAL E UM
ELETRLITO. PODEMOAT UAR ITEN
COMUN QUE TEMO MO.
POREXEMPLO...
...TUDO O QUEPRECIAMO OETA COIA!
uau!
SALDE
COZINHA MOEDI-NHA
FOLHA DEALUMNIO
GUA
PANO
BATA UAR APENA UMAMOEDINHA (DE COBRE) NO poloPOITIVO, UM PEDAO DOBRADODE FOLHA DE ALUMNIO NO poloNEGATIVO, E INERIR UM PANO
QUE EMBEBIDO EM GUA COM ALCOMO ELETRLITO ENTRE ELE,
E TEMO A PILHA!
ELETRLITO
MOEDINHA (+)folha (-)
PANO EMBEBIDOEM GUA COM AL
140 Captulo 4 Como voc gera eletricidade?
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Eletricidade gerada por usina de energia 147
Eletricidade gerada por usina de energia
Nas usinas de energia, no importa qual a fonte do movimento, uma turbina gira e produz
eletricidade em um gerador.
GERADORELTRICO TRANSFORMADOR ELETRICIDADE
turbina DE GUA
SADA DE DRENAGEMGERAO DE ENERGIA HIDRELTRICA: AENERGIA POTENCIAL DA GUA GIRA EM
UMA TURBINA DE GUA PARA mover OGERADOR ELTRICO ACOPLADO.
VAPOR VAPOR Turbina GERADORELTRICO
GUA
ELETRICIDADE
CALDEIRA
(COM COMBUSTVEL COMO LEO,CARVO, OU GS) CAMINHO DE ESCOAMENTO
CAMINHO DE ENTRADA
VAPOR
GUA
REATOR NUCLEAR(FIO NUCLEAR DE URNIO)
GUAGERAO DE ENERGIA TRMICA:COMBUSTVEIS COMO LEO OU CARVOCONVERTEM A GUA EM VAPOR PARAGIRAR UMA TURBINA E mover OGERADOR ELTRICO ACOPLADO.
GERAO DE ENERGIA NUCLEAR: O CALOR QUE GERADO QUANDO MATERIAL NUCLEAR SOFREFIO NUCLEAR CONVERTE A GUA EM VAPOR PARA GIRAR A TURBINA E mover O GERADORELTRICO ACOPLADO.
REPRESA
transfor-mador
RESERVATRIO
COMPORTA
Gerao de eletricidade em usinas de energia
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AGOA, VAMO UPOQUE N MITUAMO UM
POUCO DO ELEMENTO BOO,QUE TEM T ELTON
DE VALNCIA.
O BOO E O ILCIO LIGAM,MA EXITE UM LUGA VAZIO
DEIXADO NO EPAO QUENO TEM ELTON.
LUGA VAZIO?
ESE LUGA VAZIO CHAMADo DEburaco.
O buracos OLUGAE DE ELTON
VACANTE EMLIGAE COVALENTE.
VOC PODECONIDEA O
buraco COMO UMELTON LIVE COM
CAGA POITIVA.
Ok...
Boro
FURO
furo
deriva
buraco
buraco
emicondutores 167
deriva
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EM ALGUN DIODO, AJUNO P-N EMITE LUZ
QUANDO PASA CORENTENA polarizao DIETA.
O CHAMADODIODO emisor
de LUZ
OULEDABEVIADO.
OH IM, ESEAQUI! EU O VI NAVOE DE NATAL!
CORETO. ELA TAMBM
APAECEAM QUANDO EUEXPLIQUEI A PILHA DEMOEDA.
E UMA POLAIZAODIETA FO APLICADA
A UM DIODO QUEEMITE LUZ E PASA
CORENTE...
O ELTON E Oburacos E UNEMPETO DA JUNO
P-N E DEAPAECEM.
OH, ELE COLIDEM!
Diodos emissores de luz
PISCA
PISCA
Ho, ho, ho!
EITNCIA
CTODO
NODO
174 Captulo 5 Como usar a eletricidade adequadamente?
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