aula 2 - circuitos elétricos - capítulo 1 (1-2014)

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHO - UFMA

    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) Sumrio do Captulo

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Temas abordados nesta aula:

    1.1 Engenharia eltrica: uma viso geral;

    1.2 O Sistema Internacional de Unidades;

    1.3 Anlise de circuitos: uma viso geral;

    1.4 Tenso e corrente;

    1.5 O elemento bsico ideal de circuito; e

    1.6 Potncia e energia.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.1 Engenharia eltrica: uma viso geral

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    A Engenharia Eltrica combina os modelos de fenmenos naturais desenvolvidos pelos fsicos com as ferramentas dos matemticos para produzir sistemas que atendem necessidades prticas.

    Classificao de sistemas eltricos: sistemas de comunicao (sistemas que geram, transmitem e distribuem

    informaes, por exemplo: sistema de satlite, sistema de radar, tv, etc.) ; sistemas de computao (sistemas para processar informaes, por exemplo: CIs); sistemas de controle (sistemas para regular processos em vrias escalas de tamanho,

    por exemplo: sistema de piloto automtico em aeronaves); sistemas de potncia (sistemas que geram e distribuem energia eltrica, por

    exemplo: controle na gerao de uma usina hidreltrica, nuclear, etc.); e sistemas de processamento de sinais (sistema que transformam informaes brutas

    em mais alto nvel para manipulao, por exemplo: tomografia computadorizada).

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.1 Engenharia eltrica: uma viso geral

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Exemplo de um sistema telefnico

    moderno:

    Ligao telefnica a longa distncia; Existem vrios estgios envolvidos na

    comunicao;

    Em cada estgio do processo circuitos eltricos agem sobre os sinais transmitidos/

    recebidos;

    Microfone transformam ondas sonoras em sinais eltricos;

    Alto-falante transformam sinais eltricos em ondas sonoras;

    Central de comutao agrupam/separam sinais enviados/recebidos das estaes de

    micro-ondas;

    Estao de micro-ondas enviam/recebem pacotes de sinais para/do satlite;

    Diferentes meios de conexo entre estaes de comutao e de micro-ondas.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.1 Engenharia eltrica: uma viso geral

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Exemplo de um sistema de deteco

    de nvel baixo de carga de bateria:

    Detecta (acende um led) quando a tenso

    nos terminais da bateria chegou a um limiar

    considerado bateria necessitando carga;

    Utiliza um amplificador operacional como comparador de tenses (interno ao CI LM

    358 que contm 2 unidades);

    Tenso de limiar inferior definida com um diodo zener;

    Uso de um resistor varivel (trimpot) para ajustar a tenso de limiar;

    Sada do amplificador operacional, quando ativa em +5V, acende o led (terminais LB+/-);

    Uso de resistor para definir a intensidade de luminosidade do led (680 );

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.1 Engenharia eltrica: uma viso geral

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    ... Um circuito eltrico um modelo matemtico que se comporta aproximadamente como um sistema eltrico geral. ... Observe que o termo circuito eltrico costuma ser utilizado para referir-se a um sistema eltrico propriamente dito, bem como ao modelo que o representa. ... A teoria de circuitos um caso especial da teoria eletromag-ntica: o estudo de cargas eltricas estticas e em movimento. ... Sua aplicao alm de ser difcil, tambm requer a utilizao de matemtica avanada.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.1 Engenharia eltrica: uma viso geral

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    3 premissas bsicas para o uso da teoria de circuitos em vez da eletromagntica: Efeitos eltricos acontecem instantaneamente em todo o sistema (sistema de

    parmetros concentrados);

    A carga lquida em cada componente do sistema sempre zero (alguns contm cargas separadas iguais, porm opostas);

    No h nenhum acoplamento magntico entre os componentes do sistema (entretanto existem componentes com acoplamento interno);

    ... A utilizao da teoria de circuitos proporciona soluo simples (com preciso suficiente) para problemas que se tornariam irremediavelmente complicados se utilizssemos a teoria eletromagntica.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.1 Engenharia eltrica: uma viso geral

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Procedimentos gerais para a resoluo de problemas em engenharia:

    1. Identifique o que dado e o que tem que ser encontrado;

    2. Desenhe um diagrama de circuito ou outro modelo visual;

    3. Considere vrios mtodos de soluo e decida como escolher um;

    4. Encontre uma soluo usando sua criatividade; e

    5. Teste sua soluo.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.2 O Sistema Internacional de unidades

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    ... A engenharia moderna uma profisso multidisciplinar na qual equipes de engenheiros trabalham juntas em projetos e s podem comunicar seus resultados de modo significativo se todos usarem as mesmas unidades de medidas.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.2 O Sistema Internacional de unidades

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.2 O Sistema Internacional de unidades

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Soluo 1.1: 1 ano = 365d x24h x60m x60s = 31.536.000s Dficit = $ 100,000,000,000.00 ano 1 ms = s 1 s = ms

    Arrecadao = ...,

    .. = 3,171 $/ms

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    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.2 O Sistema Internacional de unidades

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Soluo 1.2:

    m/s; t = 1 ns = s

    , " , ".

    = ? = ,

    = , = , , , ".

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.3 Anlise de circuitos uma viso geral.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Viso geral de um projeto de Engenharia Fases: - Necessidade: melhorar um projeto existente ou iniciar um novo; - Especificaes de um projeto: caractersticas mesurveis do projeto proposto; - Conceito: entendimento completo das especificaes (esboo, descrio por escrito); - Modelo de Circuito: modelo matemtico formado por elementos ideais de circuitos; - Prottipo fsico: sistema eltrico real formado por componentes eltricos reais (no ideais);

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.4 Tenso e corrente.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Algumas caractersticas da carga eltrica: Bipolar (positiva e negativa); Quantidade discreta (mltiplos da carga elementar = 1,6022 1019 ); Efeitos eltricos (cargas estticas e em movimento);

    TENSO ELTRICA: Fora necessria na separao de

    cargas eltricas. definida pela quantidade de energia

    gasta para separao de cargas criadas.

    =

    tenso eltrica; variao de energia; e variao de carga eltrica;

    CORRENTE ELTRICA: Fluxo gerado pelo movimento de

    separao de cargas eltricas. Variao da carga no tempo.

    =

    corrente eltrica; variao de carga eltrica; variao do tempo;

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.4 Tenso e corrente.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Embora a corrente seja composta de eltrons discretos em movimento, no precisamos consider-los individualmente por causa de sua enorme

    quantidade... como uma nica entidade [a corrente] fluindo suavemente,

    ... tratada como grandeza contnua.

    Uma vantagem de usar modelos de circuitos que podemos modelar um componente estritamente em termos da tenso e corrente em seus

    terminais. Por isso, dois componentes com estruturas fsicas diferentes

    podem ter a mesma relao entre a tenso e a corrente no terminal. Se

    isso ocorrer, no que concerne anlise de circuitos, eles so idnticos.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.5 O Elemento bsico ideal do circuito.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Um elemento bsico de circuito [resistor, capacitor, indutor, etc.] tem trs atributos:

    1. Tem apenas 2 terminais, que so pontos de conexo com outros

    componentes do circuito (bipolos);

    2. descrito matematicamente em termos de corrente e/ou tenso;

    3. No pode ser subdividido em outros elementos.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.5 O Elemento bsico ideal do circuito.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    i

    t

    20A = 205000

    = 20

    50005000

    0

    Usando notao passiva: = 4000

    = i = 205000

    = 43 0 1 = 4000 .

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    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.6 Potncia e energia.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

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    CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA - CIRCUITOS ELTRICOS

    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.6 Potncia e energia.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    Definies de potncia:

    1. Potncia a variao de energia no tempo, podendo ser fornecida (por exemplo, por uma fonte de tenso) ou absorvida (por exemplo, por um motor).

    =

    1 Watt = 1 Joule / s

    1. Potncia o produto da tenso fornecida a um elemento de circuito pela corrente que circula por ele.

    =

    = 1 Watt = 1 V A

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    CAPTULO 1 VARIVEIS DE CIRCUITOS (AULA 2) 1.6 Potncia e energia.

    Nilsson, J.W., Riedel, S.A. Circuitos Eltricos, 8 ed. PEARSON Prentice Hall, So Paulo, 2009, 564p.

    = 1,8 800 = 1.440

    = 1,8 800 = 1.440