apostila física - eletromagnetismo2

8/14/2019 Apostila Fsica - Eletromagnetismo2

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leituras de

fsicaGREF

v e r s o p

r e l i m i n a r

ELETROMAGNETISMO

para ler, fazer e pensar7 a 13

10. O controle da corrente eltrica11. Ligaes eltricas na residncia12. Circuitos eltricos e sua representa13. Exerccios

7. Chuveiros eltricos8. Lmpadas e fusveis

9. A potncia nos aparelhos resistivos


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Leituras de Fsica uma publicao do

GREF - Grupo de Reelaborao do Ensino de FsicaInstituto de Fsica da USP

EQUIPE DE ELABORAO DAS LEITURAS DE FSICAAnna Ceclia CopelliCarlos ToscanoDorival Rodrigues Teixeira Isilda Sampaio Silva

Jairo Alves Pereira Joo MartinsLus Carlos de Menezes (coordenador)Lus Paulo de Carvalho PiassiSuely Baldin PelaesWilton da Silva Dias

Yassuko Hosoume (coordenadora)ILUSTRAES:

Fernando Chu de MenezesMrio Kano

GREF - Instituto de Fsica da USPrua do Mato, travessa R, 187Edifcio Principal, Ala 2, sala 30505508-900 So Paulo - SPfone: (011) 818-7011 fax:(011) 818-7057financiamento e apoio:Convnio USP/MEC-FNDESub-programa de educao para as Cincias (CAPES-MEC)FAPESP / MEC - Programa Pr-Cincia Secretaria da Educao do Estado de So Paulo - CENP

A reproduo deste material permitida, desde que observadas as seguintes condies:1. Esta pgina deve estar presente em todas as cpias impressas ou eletrnicas.2. Nenhuma alterao, excluso ou acrscimo de qualquer espcie podem ser efetuados no material.3. As cpias impressas ou eletrnicas no podem ser utilizadas com fins comerciais de qualquer espcie.

junho de 1998


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Chuveiroseltricos Agora voc vaificar por dentro

de como soconstruidos esses

aparelhos

7 Quando est quente, o chuveiro faz agua"ferver", quando est frio, a gua noesquenta. O que que tem esse chuveiro?


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7

Vamos descobrir qual a relao entre estas grandezas e os aparelhos eltricos presentes em nossodia-a-dia.

As informaes contidas nas chapinhas geralmente se referem a grandezas fsicas que indicam ascondies de funcionamento desses aparelhos.

Observao do chuveiro

Quantos pontos de contato eltrico existem no resistor?

Observe que o resistor divido em dois trechos.Quais soos pontos de contatos para a ligao vero? E para a posioinverno?Por que o chuveiro no liga quando a gua no tem muita presso?

Roteiro

Dados do fabricante:

Tenso

Potncia

Qual a transformao de energia realizada pelo

chuveiro? Onde ela realizada?

Quando a gua esquenta menos?

D choque em algum lugar quando voc toma banho?

Chuveiros


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Observe que o resistor tem trs pontos de contato, sendoque um deles permanece sempre ligado ao circuito.

As ligaes inverno-vero so obtidas usando-secomprimentos diferentes do resistor.Na ligao vero usa-se um pedao maior deste mesmofio, enquanto a ligao inverno feita usando-se umpequeno trecho do fio, na posio vero utilizado umtrecho maior.

Na ligao inverno, a corrente no resistor dever ser maiordo que na posio vero, permitindo assim que a potncia

e, portanto, o aquecimento, sejam maiores.Quando a tenso, o material e a espessura so mantidasconstantes, podemos fazer a seguinte relao, conforme a tabela a seguir.

O circuito eltrico do chuveiro fechado somente quandoo registro de gua aberto. A presso da gua liga oscontatos eltricos atravs de um diafragma. Assim, a corrente eltrica produz o aquecimento no resistor. Ele feito de uma liga de nquel e cromo (em geral com 60%de nquel e 40% de cromo).

Na posio vero, o aquecimento da gua menor, ecorresponde menor potncia do chuveiro. Na posioinverno, o aquecimento maior, e corresponde maior potncia .

As ligaes inverno-vero correspondem para uma mesma tenso, diferentes potncias. A espessura do fioenrolado - o resistor - comumente chamado de "resistncia" a mesma.

A maioria dos chuveiros funciona sob tenso eltrica de220V e com duas possibilidades de aquecimento: invernoe vero. Cada uma delas est associada a uma potncia.

Quando fizemos a classificao dos aparelhos ecomponentes eletrnicos, o grupo dos resistivos, cuja funo produzir aquecimento, foi colocado em primeirolugar. A razo desta escolha que, normalmente, os

resistivos so os aparelhos mais simples. Desse grupo vamos destacar chuveiros, lmpadas incadescentes efusveis para serem observados e comparados.

vero inverno

aquecimento menor maior

potncia menor maior

corrente menor maior

comprimento do resistor maior menor

inverno vero Alguns fabricantes usampara o vero todo ocomprimento do resistor e um dos pedaos para oinverno.


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exercitando ....

1. Leia o texto e observe a figura.

Os chuveiros eltricos tm uma chave para vocregular a temperatura de aquecimento da gua, de acordocom suas necessidades: na posio vero, o aquecimento mais brando, e na posio inverno, o chuveiro funciona com toda sua potncia. Mas, se for necessrio, voc poder regular a temperatura da gua, abrindo mais ou fechandoo registro da gua: quanto menos gua, mais aumenta oaquecimento.

Responda as seguintes questes:

a) Qual a tenso do chuveiro?

b) Qual a potncia que corresponde a posio vero?

c) Em qual das duas posies o resistor tem maior

comprimento?d) Em qual posio a corrente maior?

e) Em qual posio o comprimento do resistor maior?

f) O que acontece se ligarmos esse chuveiro na tenso110V? Explique.

g) Indique no esquema as ligaes inverno e vero.

h) De acordo com suas observaes, voc diria que oaumento no comprimento do filamento dificulta ou favorecea passagem de corrente eltrica? Explique.

vero inverno

aquecimento

potncia

corrente

comprimento do resistor

2. Complete a tabela abaixo usando adequadamente aspalavras menor e maior:

220V

4400/2800W


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8

Lmpadase fusveis Aqui voc vai ficar por

dentro de como se

obtm diferentes brilhossem mudar a tenso epara que servem os

fusveis

Lmpada de 100, de 60, de 25,...Afinal o que que as lmpadas tm

para se diferenciaremumas das outras?


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8 Lmpadas e fusveisObservao de lmpadas

Vamos comparar um conjunto de lmpadas e analisar como os fabricantes conseguem obter diferente potncias, sem variar a tenso.

Os filamentos mais usados so os de formato em dupla espiral, que permitem a reduo de suas dimenses e, aomesmo tempo, aumenta sua eficincia luminosa. Eles so feitos de tungstnio.

roteiro

1. Qual delas brilha mais?

2. Qual a relao entre a potncia e o brilho?

3. Em qual delas o filamento mais fino?

4. Qual a relao existente entre a espessura do filamentoe a potncia?

5. Em qual lmpada a corrente no filamento maior?

6. Qual a relao existente entre a corrente e a espessura?

As lmpadas eltricas se dividem em dois tipos bsicos:INCANDESCENTESe de DESCARGAusualmentechamadas de fluorescentes.

As lmapadas incandescentes produzem luz por meiodo aquecimento de um filamento de tungstnio, enquantoque nas lmpadas de descarga a luz emitida graas exitao de gases ou vapores metlicos dentro de um tubo.Por isso, as lmpadas fluorescentes so conhecidas como

lmpadas frias.Nesse momento vamos tratar, apenas, das lmpadasquentes; as incandescentes.

Essas lmpadas de filamento so classificadas no grupo dosresistivos, pois, embora sejam utilizadas para iluminar, uma frao muito pequena da energia luz (5%), o restante,95% produz aquecimento.

O princpio de funcionamento da lmpada incandescentebaseia-se na corrente eltrica que aquece um filamento detungstnio. As lmpadas so fabricadas a vcuo para evitara oxidao dos filamentos: o ar retirado no processo de

fabricao e injetado um gs inerte, em geral, o argnio.Para obter diferentes luminosidades, o fabricante altera,geralmente, a espessura do filamento: quanto maior a espessura maior a corrente e, portanto, maior a luminisidade.


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Quando ocorre a fuso, o circuito fica aberto, interrompendoa passagem da corrente e os aparelhos deixam defuncionar. Quanto maior for a corrente especificada pelofabricante, maior a espessura do filamento.Assim, se a espessura do filamento do fusvel suporta no mximo uma corrente de 10A e por um motivo qualquer a correnteexceder esse valor, a temperatura atingida pelo filamentoser suficiente para derrete-lo, e desta forma a corrente interrompida.

Por isso que os fusveis devem ser feitos de um materialde baixo ponto de fuso para proteger a instalao.

fusvel de cartucho

fusvel de rosca

Observao dos fusveis

Os fusveis so elementos essenciais dos circuitos eltricos pois sua funo proteger a instalao. Existem vriostipos de fusveis e o mais comum o de rosca, conforme ilustra a figura a seguir. Nestes, o material utilizado uma liga contendo estanho. Outros tipos de fusveis so os de cartucho, geralmente utilizados em aparelhos de som,dentre outros.

roteiro

Nesta atividade vamos comparar um conjunto de diferentes fusveis de rosca.

1. Identifique num fusvel de rosca seus elementos essenciais: pontos de contato eltrico, filamento e outrosmateriais que o constituem.

2. Em qual deles a espessura maior?

3. Qual a relao existente entre a espessura e a corrente indicada pelo fabricante?

4. De que maneira os fusveis conseguem proteger o circuito eltrico de uma residncia?

O controle da corrente eltrica feito atravs da espeussura do filamento.

Os fusveis se encontram normalmente em dois lugaresnas instalaes eltricas de uma residncia: no quadrode distribuio e junto do relgio medidor. Alem dissoeles esto presentes no circuito eltrico dos aparelhoseletrnicos, no circuito eltrico do carro, etc.

Quando h um excesso de aparelhos ligados num mesmocircuito eltrico, a corrente eltrica elevada e provoca aquecimento nos fios da instalao eltrica. Como o fusvelfaz parte do circuito essa corrente elevada tambm oaquece. Se a corrente for maior do que aquela que

vem especificada no fusvel: 10A, 20A, 30A, etc, o seufilamento se funde (derrete) antes que os fios da instalaosejam danificados


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exercitando...

lmpada brilho potncia espessura corrente

25W

60W

100W

1. Preencha o quadro a seguir, utilizando setas na vertical,cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada.

2. O que acontecer se ligarmos uma lmpada com asinscries (60W-110V) na tenso 220V? Por que?

3. Por meio de qual processo se obtm luz numa lmpada

de filamento? 4. Preencha a tabela abaixo, utilizando setas na vertical,cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada,ou o sinal de igual.

5. Numa instalao eltrica residencial ocorrefrequentemente a queima do fusvel de 15A. Para resolver

o problema, um vizinho sugere que se troque por umoutro de 30A. Esse procedimento correto? Justifique,levando em conta a sua funo no circuito.

Rapidinhas

a) Qual a funo do fusvel na instalao residencial?

b) O que significa a informao 10A no fusvel da figura?

c) H diferena no fio de fusvel de 20A em relao ao da figura? Qual? Por que?

saiba que...

Os disjuntores tambm tm a mesma funo dos fusveis,proteger a instalao eltrica.

Ao constrrio dos fusves, os disjuntores no so danificadosquando a corrente no circuto maior que a permitida,eles apenas interrompem a corrente abrindo o circuito, deforma que, depois de resolvido o problema, o dispositivopode voltar a funcionar novamente.

fusveis comprimento espessura corrente

10A

20A

30A


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9

A potncia nosaparelhos resistivos Aqui voc vai aprender

em que condies osaparelhos apresentam apotncia indicada pelo

fabricante.

4400W inverno2200W

vero

Tomar banho uma das boas e desejveis coisas afazer aps um dia de trabalho, ou de um jogo na

quadra da escola. Mas se o chuveiro daqueles ququando o tempo est frio ele esquenta pouco e nodias quentes ele ferve, o banho pode tornar-se um

martrio. Como que se obtm o aquecimentodesejado nesses aparelhos?


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9 A potncia nos aparelhos resistivosPara entrar em funcionamento, um aparelho eltrico

tem que estar conectado a um circuito eltrico fechado

que inclui alm dele uma fonte de energia eltrica. No

caso do circuito eltrico das nossas casas, ele formado

de fios de cobre cobertos por uma capa de plstico e

a fonte a usina.

Os aparelhos resistivos so formados de apenas um

fio metlico enrolado que chamado de resitor .

Os fios de cobre da instalao da casa so ligados s

suas extremidades e, assim o circuito fechado.

Quando o aparelho entra em funcionamento, a corrente

eltrica no circuito faz com que o aquecimento fiquemais concentrado no resistor. Por exemplo, nas

lmpadas, esse aquecimento super e o filamento

atinge temperaturas acima de 2000 oC. J nos chuveiros

e torneiras eltricas, a temperatura atingida menor,

a t porque ele est em contato com a gua. A mesma coisa acontece nos aquecedores que so utilizados nos

dias frios onde o resistor adquire a cor vermelha.Sua

temperatura est entre 650 oC e 1000 oC, dependendo

da intensidade da cor.

O aquecimento que obtido com tais aparelhos um

efeito da corrente eltrica que existe no seu circuito.

Esse efeito trmico da corrente eltrica, que tem o nome

de efeito Joule , inseparvel da sua causa, isto ,

onde houver corrente, h aquecimento .

Potncia corrente tenso

Potncia corrente tenso

Potncia corrente

tenso

Para um certo aparelho, a tenso sempre a mesma

durante o seu funcionamento. O chuveiro um

exemplo disso. Mas mesmo assim, pode-se obter

diferentes potncias (vero e inverno) sem variarmos

a tenso. Isso s vai acontecer se a corrente no resistor

for tambm diferente, j que a tenso da fonte sempre a mesma. Para visualizar, podemos escrever

uma tabela:


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P = i . U

A relao entre a potncia, a corrente e a tenso pode serexpressa pela frmula:

Potncia = corrente x tenso

ou

Para que se possa obter esses diferentes graus de

aquecimento preciso controlar o valor da corrente

eltrica no resistor.Ao dificultar muito, mais ou menos ou pouco, a passagem

da corrente no resistor, controla-se o valor da corrente.

O controle do aquecimento nas lmpadas, chuveiros eoutros aparelhos resistivos realizado atravs do valor da corrente eltrica que existe no resistor. Assim,

MAIOR MAIOR MAIOR AQUECIMENTOPOTNCIA CORRENTE

Assim, utiliza-se o conceito de resistncia eltrica de um

resistor para medir a dificuldade que ele ope passagem

de corrente.

resistncia eltrica corrente eltrica

Os resistores no so feitos de cobre, que o material das

instalaes. Nas lmpadas, por exemplo, o material

utilizado o tungstnio.

Alm disso, a espessura do filamento alterada e,

assim,obtm-se valores diferentes de corrente

e,consequentemente, de potncia sem que seja necessrio

mudar o valor da tenso.

J no chuveiro, o material utilizado uma mistura de

nquel e cromo e o aquecimento maior no inverno obtido usando apenas um pedao menor do seu filamento..

P = i . U

resumindo ...

Para se obter diferentes graduaes no

aquecimento de um certo tipo de aparelhoresistivo, o fabricante ou muda a espessura

e/ou muda o comprimento do resistor.

grande pequena X


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10

O controle dacorrente eltrica Agora voc vai saber de

que maneira seconsegue diferentes

aquecimentos

Vero - inverno no chuveiro; 40W, 60W, 100W nlmpadas. Atravs da potncia, obtm-se diferent

aquecimentos. Como o fabricante consegue fazer is


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10 O controle da corrente eltrica

uso materiais resistncia

especfica*instalao residencial cobre

antena alumnio

lmpada tungstnio

chuveiros nquel-cromo

capas de fios borracha

suporte de fios empostes

madeira

apoio de fios empostes vidro

*materiais a 20 C, medido em volt x metro/ampre

1,7 . 10 -8

2,8 . 10 -8

o

5,6 . 10 -8

1,1 . 10 -6

1013 a 1016

108 a 1014

1010 a 1014

Resistncia eltrica

A escolha adequada do material a ser usado como resistorleva em conta a temperatura que ele dever atingir,lembre-se de que ele no pode derreter, e tambm a sua capacidade de resistir corrente eltrica. Essa capacidade diferente para cada tipo de material e, por isso, ela denominada de resistncia especfica . O valor da resistncia especfica do material vai dizer se ele bomcondutor ou no: quanto maior for esse valor, maior ser a resistncia que ele oferece corrente:

resistncia especfica ALTA mau condutor eltrico

resistncia especfica baixa bom condutor eltrico

A tabela a seguir ilustra os valores de alguns materiais:

atravs do controle da corrente que se pode graduar o

aquecimento produzido pelos aparelhos resistivos.

Escolhendo um material para ser o resistor, uma espessura

e um comprimento adequados, a resistncia eltrica doresitor fica determinada e assim o valor da corrente eltrica

pode ser controlado.

Existe uma frmula que permite o clculo da resistncia

eltrica. Adotando-se:

R para a resistncia eltrica do resistor;

(l-se r) para resistncia especfica do material; lllll para o comprimento do resistor;

A para a rea de sua espessura;

podemos escrever que:

RA

= l

Nesta expresso matemtica podemos obter um valor

numrico para a resistncia eltrica do resistor dos aparelhos

resistivos como o filamento da lmpada, do chuveiro, dos

aquecedores, os fios de ligao, etc.

Note que esta expresso est de acordo com a forma como

as lmpadas so construdas, pois, quanto maior for a

espessura do filamento, maior ser a sua rea e menor ser

a resistncia eltrica (lembre-se que ela aparece no

denominador da frmula).


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Consequentemente, maior ser a corrente e a potncia. O

mesmo se pode dizer para os chuveiros: como o

comprimento aparece no numerador da frmula, quanto

maior ele for, maior ser a resistncia eltrica e, portanto,

menor ser a corrente e a potncia. Isso corresponde

posio vero.

Ateno

Esta expresso permite o clculo da resistncia eltrica de

um resistor na temperatura em que a resistncia especfica

foi obtida o seu valor. Isso quer dizer que se tivermos o

comprimento e a rea da espessura do resitor do chuveiro

e conhecermos o material utilizado, podemos calcular a sua resistncia eltrica. O valor encontrado, entretanto,

pode no ser aquele que o resistor do chuveiro vai ter ao

funcionar.

Unidade:Quando a tenso medida em volt e a corrente emampre, a resistncia

medida em volt/ampre(V/A).

inverno vero

desligado > ligado

A temperatura do resistor muda bastante quando por ele

est passando corrente eltrica e, consequentemente, o

valor de sua resistncia eltrica tambm se altera: ele

aumenta muito. Isso acontece porque o valor da resistncia

especfica depende da temperatura.O filamento de uma lmpada de 40W-110V, por exemplo,

tem resistncia eltrica de aproximadamente 30 unidades

quando est desligada. Acesa, a temperatura do filamento

chega a 2200oC e o valor de sua resistncia passa a ter o

valor de aproximadamente, 302,5 unidades.

Existe uma frmula que permite o clculo da resistncia

de um resistor em funcionamento:

tenso eltrica Resistncia eltrica = ________________

corrente eltrica

ou seja:

R = U/i R = U/i

.


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Teste seu vestibular

1) Qual dos eletrodomsticos abaixo tem seu

funcionamento baseado no efeito Joule:

a. Geladeira b. Batedeira c. Torradeira

d. Liquidificador e. Espremedor de laranjas

2) No caso de um chuveiro ligado rede de distribuio

de energia eltrica:

a. diminuindo-se o comprimento do resistor, reduz-se a

potncia consumida.

b. aumentando-se o comprimento do resistor e

conservando-se constante a vazo de gua, a sua

temperatura aumenta.c. para conservar a temperatura da gua, quando se

aumenta a vazo, deve-se diminuir o comprimento do

resistor do chuveiro.

d. a potncia consumida independe da resistncia eltrica

do chuveiro.

e. nenhuma das anteriores.

exercitando ...

Planos (nada) econmicos

parte 1Numa certa escola, j h algum tempo, os alunos

reinvidicavam um chuveiro para tomar banho quente

depois dos jogos de campeonatos que se realizavam

aos sbados tarde. Com a verba curta e os preos nada

atrativos, foi providenciado um chuveiro baratinho , que

depois de instalado, mal dava para perceber que estava

funcionando, pois a gua praticamente no esquentava.

Proponha duas maneiras diferentes de solucionar esse

problema excluda a possibilidade de trocar o chuveiro.

parte 2

Na organizao da entrega dos diplomas no teatro da

escola, a diretora verificou que era preciso fazer a ligao

de uma tomada para a aparelhagem de som. Encarregou

o vigia para providenciar o material necessrio mas

recomendou: no gaste muito, que a verba est no

fim . Na loja de materiais eltricos, o vendedor coloca

o vigia diante de um dilema: comprar os 10 m de fios

necessrios de qual espessura: mais fino e mais barato

ou o outro um pouco mais grosso e mais caro? Ajude o

vigia a no entrar numa fria e no deixe que ele coloque

em risco a formatura dos alunos. Leve em conta que a

potncia do aparelho de som 350W-110V.


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11Ligaes eltricasna residncia

Agora voc vai sabercomo se obtm o 110 e o

220 e ainda como se fazas ligaes de

lmpadas, tomadas echuveiros.

Nas ruas somos capazes de observar quilmetros

mais quilmetros de fios apoiados nos postes. Emnossas casas dois ou trs destes fios passam pelomedidor e depois deixam de serem vistos.

O que foi feito deles?


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2. Tomada simples e lmpada cominterruptor (220V)

Nesse caso, os dois fios de ligao da tomada so ligados aos fios fase da rede eltrica. Na lmpada, um fio fase ligado ao interruptor e o outro ligado diretamente a um dos contatosno soquete.

Uma outra maneira de ligar os aparelhos eltricos chanmada de ligao em srie. Nesse caso, uma lmpada ou aparelho depende do funcionamento dos demais. Seum aparelho for desligado por qualquer motivo, o circuitofica aberto, impedindo o funcionamento dos outros, pois,impede a passagem da corrente. Portanto, esse tipo deligao no feita nas instalaes de aparelhos eltricosresidenciais.

A ligao em srie utilizada em alguns circuitos deiluminao de rvores de Natal e nos circuitos interno dealguns aparelhos como: rdio, TV, etc.

Os fusveis so colocados somente nos fios energizados(fios fase). No devemos colocar fusveis nos contatos da chave por onde passa o fio neutro, pois, se ele queimar, o

circuito ficar sem o neutro, e um aparelho ligado a estecircuito no funcionar. Alm disso, se uma pessoa tocar oaparelho, poder levar um choque, conduzindo a correnteeltrica para a Terra.

Tipos de ligao

Os aparelhos eltricos normalmente j vem com a tensoe a potncia eltrica especificada e que precisam deintensidades de correntes diferentes para funcionaremcorretamente.

Atravs do funcionamento das lmpadas e aparelhoseltricos de uma residncia, possvel perceber que assuas ligaes so independentes. Isto , se a lmpada da sala queimar ou for desligada, no interfere nofuncionamento de outras lmpadas ou aparelho que estiverfuncionando.

Nessa situao, os aparelhos so ligados de forma quetenham a mesma tenso.A esse tipo de ligao chamamosde ligao em paralelo.

ateno!

2. O manuseio durante umatroca de lmpada ou umreparo numa tomada devesempre ser feito com ocircuito aberto, o que feitodesligando-se a chavegeral.

1.Na ligao de torneiras echuveiros se faznecessrio a ligao de umfio terra para evitar umpossvel choque.

Como devem ser instalados os aparelhos

1.Tomada simples e lmpada cominterruptor (110V)

Na ligao da tomada, um fio ligadoao fase e o outro ao neutro. Na lmpada, o fio neutro deve estarligado ao soquete e o fio fase aointerruptor.Esta medida evita que setome choque quando for trocar a lmpada, estando o interruptordesligado.

3. Torneira e chuveiro eltricoNormalmente estes aparelhos so fabricados para funcionarem em 220V mas podem ser fabricados para 110V.

fase

fase

fase faseneutro

Tanto num caso comonoutro, as ligaes sofeitas de modosemelhante tomada 220V ou 110V, conformeo caso.

neutro


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1. Quando mais de um aparelho entra em funcionamento,em certos trechos de circuito eltrico residencial a correnteeltrica maior do que se estivesse ligado apenas um

aparelho. Isso deve ser levado em conta no uso debenjamins. O correto ligar um aparelho de cada vez numa tomada e o benjamim serve para deixar j conectado a ela.

saiba que ...

1. A figura ilustra uma instalao feita corretamente,descubra o fio fase e o fio neutro. fio .........

fio ..........

2. Faa as ligaes corretamente.

2. A espessura dos fios de ligao tem um papelimportante. Nas instalaes pode ocorrer perdas deenergia, seja por aquecimento dos fios (efeito joule), fugas

de corrente ,etc, colocando em risco a segurana daspessoas e de toda a instalao.

Como a corrente determinada pelo aparelho, a espessura dos fios da instalao tem um papel importante,pois se estes forem finos, sua resistncia eltrica ser maior, aumentando assim a potncia dissipada.

Uma mesma corrente que passa por um fio de cobrefino, provoca um aquecimento maior do que se ela passarpor um fio de cobre grosso.Portanto, quanto mais grosso

o fio, maior a acorrente que ele suporta sem aquecer.A escolha da fiao para uma instalao deve levar emconta a corrente mxima que os fios suportam.

tabela

exercitando ....

fio em

AWG

espessur

em mm

corrente mxima

em aberto (A)

corrente

mxima emconduite (A)

16 1,5 15 11

14 2,1 20 15

12 3,3 25 20

10 5,3 40 30

8 8,4 55 40

6 13 80 55

4 21 105 70

2 34 140 95

2

fase

faseneutro


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12Circuitos eltricos esua representao Vamos aprender umamaneira de simplificar

desenhos querepresentam os circuitos

eltricosB

A C

D

E

F

G

H fase

neutro

fase

Na figura abaixo est representada uma rede dedistribuio de 110V, onde foram instaladas 2

lmpadas e 2 tomadas: uma para ligar um ferroeltrico e uma secador de cabelo. Do relgio de luat a ltima lmpada, foram utilizados 30 metros dfio de cobre 14, incluindo o fase e o neutro. Para a

tomadas e lmpadas foram necessrios, paracompletar as ligaes, 4 metros de fio 16.

1

1

2

2


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11 Circuitos eltricos e sua representaoc) Suponhamos que apenas a lmpada do interruptor 1 esteja ligada.

A corrente exigida para seu funcionamento ser: i1= 100

1100 91, A .

Se ligarmos tambm o ferro eltrico na tomada 2, a corrente exigida

para seu funcionamento ser: i2 = 750110

6 81, A .

De modo que a corrente entre o relgio de luz e os pontos E e F ser:

i = i1 + i2 = 6,81 + 0,91 = 7,72A

Ptotal = 500 + 100 + 60 + 750 = 1 410W

a) Para identificar se as ligaes foram feitas emsrie ou paralelo , vamos observar onde os fios da tomada e das lmpadas foramconectados. Nesse caso foram conectados no fio fase e neutro quefornecem uma tenso de 110V. Portanto a ligao foi feita em paralelo.

Nesse tipo de ligao, o funcionamento desses aparelhos no interrompido quando um deles ligado, desligado ou "queimado".

b) Para sabermos o fusvel adequado para uma instalao, devemoslevar em conta que todos os aparelhos estejam ligados, fazer a soma total da potncia consumida de cada aparelho, desprezando apotncia dissipada na fiao,

1. Com base nos dados indicados na figura da pgina anterior vamos discutir as questes:

a) Identifique se as ligaes dos aparelhos foram feitas em srie ouparalelo.

b) Qual o fusvel adequado para proteger esta instalao, sabendo-seque a corrente mxima admissvel para o fio 14 20A?

c) Discuta por que possvel substituir por um fio mais fino (16) asligaes das lmpadas e tomadas.

d) Represente esquematicamente esse circuito, calculando os valoresdas resistncias em cada trecho.

Se todos os aparelhos estiverem funcionando, cada um exigir uma determinada corrente que pode ser calculada pela equao P = U.i e a corrente total, que a soma de todas essas correntes, corresponder apenas ao trecho entre o relgio de luz e os pontos A e B.

d) O clculo das resistncias podem ser feitos usando as equaes:P=U . i e R= U/i . Usando o smbolo para os resistores temos:

Usando a equao: P = Ui, obtemos: iPU

W V

A= = 1410110

12 8, que

a corrente que passa pela chave na caixa de luz. O fusvel adequadopara proteger a instalao eltrica de 15A, pois compatvel com a corrente mxima admitida pelo fio de cobre 14 e est acima do valorda corrente requerida por todos os aparelhos funcionando ao mesmotempo.

Admitindo-se que os fios da rede principal e os fios que ligam aosaparelhos possuem resistncia eltrica que pode ser considerada desprezvel se a escolha deles foradequada. Assim,podemos simplificarum pouco maisesse circuito erepresent-lo da maneira ilustrada ao lado.


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2. Ligao em paralelo: este tipo de ligao se caracteriza pelo fatode todas as lmpadas estarem submetidas a uma mesma tenso,desprezando-se a resistncia eltrica dos fios da instalao.

A tenso AB igual s tenses CD, EF e GH, pois estamos desprezandoa resistncia dos fios. Desse modo, podemos reduzir ainda mais osesquema:

i = U/R eq, onde R eq a resistncia equivalente da associao.

Sendo i1 = U/R 1, i2 = U/R 2 e i3 = U/R 3Substituindo na equao i = i1 + i2 + i3, teremos:

As correntes estabelecidas em cada uma delas ser i1, i2, i3, e a correntetotal, estabelecida entre os pontos A e B do circuito, ser i = i1 + i2 +i3.

Assim, se a tenso a mesma, pela lei de Ohm, temos:

U/R eq = U/R 1 + U/R 2 + U/R 3 ou

1/R eq = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3

Na associao em paralelo, a tenso em cada lmpada a mesma e a potncia dissipada em cada lmpada independente do nmero delmpadas agrupadas e, consequentemente, o brilho da lmpada tambm so. O brilho igual ao que teria se ela estivesse sozinha.Alm disso se uma das lmpadas queimar as demais no sofremalterao. por isso que essa ligao utilizada nas instalaes eltricasresidenciais.

3. Ligao mista: quando combinando os dois tipos de ligaoconforme mostra a figura:

Nessa situao, a tenso U se aplica nos terminais da srie R 1 + R 2 e emR 3. Assim, L3 ter brilho maior que L1 e L2. Em funo dessa caracterstica,esse tipo de circuito tambm no empregado nas instalaes eltricasresidenciais mas muito utilizado nos circuitos internos dos aparelhoseletrnicos como rdio, TV, comutadores, etc...

Podemos ainda representar esquematicamente a mesma ligao da seguinte forma:


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Voc vai rever ocontedo das aulasanteriores fazendo

e pensandonestas questes

EXEXEXEXEXEXERCCIOSExerccios (Resistncia, tenso e corrente)


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13 Exerccios: resitncia, tenso e corrente

a) A resistncia do filamento da lmpada, quando ela est desligada.

b) A resistncia do filamento da lmpada ligada.

4. Considerando que o dimetro do filamento de tungstniode uma lmpada de 40W - 110V cerca de 3,6 . 10 -2 mm,seu comprimento 50cm e sua resistividade 5,6 . 10-8 ma 20oC, determine:

e) Faa os mesmos clculos dos itens c e d para a ligaoinverno, considerando que o comprimento do fio, nestecaso, 2,8m.

f) Por que na posio inverno a gua da ducha sai maisquente?

a) Faa o esquema da ligao vero desta ducha.

b) Faa o esquema da ligao inverno.

c) Calcule a resistncia eltrica na posio vero, quandoela est desligada.

d) Calcule a resistncia eltrica da ducha em funcionamentona posio vero,

detalhe do resistor

C A B1. Um aquecedor de ambiente cuja potncia 800W ligado na tenso 110V.

a. qual o valor da corrente eltrica no resistor?

b. qual o valor da resitncia eltrica do resistor?

c. qual deve ser o valor da resistncia ltrica do resitorpara que ele tenha a mesma potncia e seja ligado na tenso 220V?

2. Numa instalao eltrica residencial no se deve colocarfusvel no fio neutro, pois se ele se queimar, possvelque haja um aumento de tenso indesejvel em certosaparelhos. Vamos conferir? Considere o esquema:

(R 1, R 2,...,R 6 so asresistncias eltricasde 6 lmpadas)determine:

a) a tenso aplicada s lmpadas, quando o fusvel do fioneutro est normal (sem queimar);

b) a tenso aplicada s duas lmpadas de baixo, se ofusvel do fio neutro se queimar.

3. O resistor de uma ducha com a inscrio (220V -2800W/3800W) tem o aspecto da figura. Esse resistor constitudo de um fio de nquel-cromo de resistncia especfica 1,1.10-6 m, 0,6 mm de dimetro e 4 m decomprimento, enrolado em espiral, com trs pontos de

contato eltrico. No ponto A est ligado um dos fios fasee aos pontos B e C, dependendo da posio da chave,liga-se o outro fio fase, que estabelece as ligaes inverno

vero.


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8. Numa residncia, geralmente, chegam trs fios da rua,dois fases e um neutro, que so ligados chave geral.

a) Faa o esquema de uma chave geral e de trs chavesparciais, de modo a obter duas chaves de distribuio de110V e outra de 220V.

b) Faa um esquema indicando a ligao de uma lmpada com interruptor, de uma tomada em 110V e de um chuveiroem 220V.

a) a corrente exigida pelo aparelho para dissipar aspotncias nominais quando o chuveiro est ligado com a chave na posio "vero" e na posio "inverno";b) o menor dimetro possvel do fio e o fusvel que devemser utilizados nessa instalao. Consulte a tabela;

c) a energia consumida num banho de 15 minutos com ochuveiro ligado na posio "inverno";

d) a porcentagem de consumo de energia em banhos deaproximadamente 15 minutos de uma fmilia de trspessoas, cujo consumo mensal de 250kWh.

5. Numa rede de 220V ligado um chuveiro com a inscrio 220V - 2 800 / 4 400W.

Utilizando essas informaes e as da tabela da aula 10,determine:

6. Nas figuras abaixo esto indicadas as informaesencontradas nos folhetos ou chapinhas que acompanhamaparelhos eltricos.

Qual(is) dele(s) no poderia(m) ser ligado(s) tomada desua casa? Se voc o fizesse, quais seriam asconsequncias?

7. Uma lmpada de abajour possui a seguinte inscrio(127V - 22W).

a) O que acontece se a ligarmos nos terminais de uma bateria de 12V?

b) Seria possvel, se dispusssemos de muitas baterias,ligar esta lmpada de modo que ela tenha brilho normal?

c) Em caso afirmativo, como voc faria?

d) Caso no seja possvel fazer a ligao da lmpada nasbaterias como e onde ela deveria ser ligada para ter brilhonormal?

liquidificador

110V/300W/60Hz

TV 12V/DC

30W

chuveiro 220V 2800W/3800W batedeira

50/60HZ

250W

110V


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1. Uma corrente eltrica de 0,500A flui num resistorde 10 . A ddp ou tenso eltrica entre asextremidades do resistor, em volts, igual a:

a)( ) 5,0 . 102 c)( ) 20 e)( ) 5,0 . 10-2

b)( ) 5,0 . 10 d)( ) 5,0

2. Os resistores R 1, R 2 e R 3 esto associados comoindica a figura abaixo. Sabendo que R 1 = 2,0 , R 2 =2,0 , e R 3 = 4,0 , podemos afirmar que a resistncia equivalente entre os pontos A e B emohms de:

a)( ) 2,0 b)( ) 3,3 c)( ) 4,0 d)( ) 6,0 e)( )

8,03. Um eletricista instalou numa casa, com tenso de120V, dez lmpadas iguais. Terminado o servio,

verificou que havia se enganado, colocando todas aslmpadas em srie. Ao medir a corrente no circuito,encontrou 5,0 . 10 -2A. Corrigindo o erro, ele colocoutodas as lmpadas em paralelo. Suponha que asresitncias das lmpadas no variam com a corrente.Aps a modificao, ele mediu, para todas aslmpadas acesas, uma corrente total de:

a)( ) 5,0A b)( ) 100A

c)( ) 12A d)( ) 10A

e)( ) 24A

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7. Uma lmpada incandescente possui as seguintesespecificaes (ou valor nominal): 120V, 60W.

a) Se ela for ligada em 220V, a potncia permanecer 60W.

b) Quando a lmpada ligada conforme as especificaes,a resistncia vale 240 ,

c) A resistncia na lmpada permanece constante,qualquer que seja a tenso a ela aplicada.

d) quando desligada, a resistncia da lmpada maiorque quando ligada.e) Quando ligada, conforme as especificaes, a corrente de 2,0A.

4. A transmisso de energia eltrica grande distncia acompanhada de perdas causadas pela transformao deenergia eltrica em:

a.( ) calor c.( ) energia cintica

b.( )magnetismo d.( ) luz

5. Um aquecedor eltrico dissipa 240W quando ligado a uma bateria de 12V. A corrente que percorre a resistncia :

a.( ) 0,050 A c. ( ) 1,67 A e. ( ) 2880 A

b. ( ) 0,60 A d. ( ) 20 A

6. Um condutor atravessado por uma corrente de 2ampres quando a tenso em seus terminais vale 100

volts. A resistncia do condutor de:

a. ( ) 0,02 c.( ) 200

b. ( ) 50 d.( ) 400

apostila física - eletromagnetismo2

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