Disciplina

Eletrotécnica

Tópico 01:

Estudo de circuitos em corrente contínua (CC)

Profa.: Ana Vitória de Almeida Macêdo

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Conceitos básicos

Eletricidade

Eletrostática

Cargas elétricas em repouso

Eletrodinâmica

Movimento dos elétrons livres de um átomo para

outro

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Fund. da eletrostática

Em estado natural, qualquer porção de

matéria é eletricamente neutra

Equilíbrio estático

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Fund. da eletrostática

Eletrização

Processo pelo qual altera-se a condição de equilíbrio

estático

Positiva: Quando o corpo perde elétrons

Negativa: Quando o corpo ganha elétrons

Como um corpo se eletriza?

Por indução Por atrito Por contato

Elétron é carga negativa

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Fund. da eletrostática

Cargas de sinais opostos

Atração

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Fund. da eletrostática

Cargas de sinais iguais

Repulsão

• Os elétrons em excesso de um corpo são atraídos para outro corpo que tenha falta de elétrons, quando estes se tocam, causando uma DESCARGA POR CONTATO.

• Se a diferença de carga for grande, a transferência das cargas pode ocorrer pelo ar, formando um arco. Ex.: raios em uma tempestade.

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Descarga elétrica

•Um corpo com uma intensa eletrização tem maior energia potencial, ou maior POTENCIAL ELÉTRICO que outro que tenha fraca eletrização, podendo portanto realizar mais trabalho.

•Quantidade de carga elétrica de um corpo (Q) = Nº de Prótons – Nº de Elétrons Carga de 1 elétron: Q(1e-) = 1,6 x 10-19 Coulomb

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Potencial elétrico

•Também conhecida como ddp ou TENSÃO é a comparação entre os potenciais elétricos de 2 corpos, que podem ter cargas iguais ou diferentes

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Diferença de potencial

•Grandeza gerada a partir do desequilíbrio de potencial entre 2 pontos, conhecidos como Pólos.

•Símbolo: letra “ V ”

•Grandeza elétrica que pode ser medida e a unidade de medida é “Volt” Volt [V] = Joule/Coulombs

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Tensão elétrica

Como gerar tensão?

Por ação térmica Por ação da luz Por ação mecânica Por ação magnética Por ação química

•Neste arranjo ocorre uma reação química, onde o eletrólito (ácido) faz com que os átomos do zinco fiquem com excesso de elétrons, e os de cobre com a falta de elétrons, causando um desequilíbrio elétrico.

•Por ter polaridade fixa, é uma FONTE DE TENSÃO CONTÍNUA.

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Bateria

Eletrólito em solução iônica

•A corrente é o fundamento da ELETRODINÂMICA

•Consiste em um movimento orientado de cargas, provocado pelo desequilíbrio elétrico (tensão elétrica). É a forma pela qual os corpos tentam restabelecer o equilíbrio elétrico.

•Símbolo: letra “ I ”

•Grandeza elétrica que pode ser medida e a unidade de medida é “Ampère” Ampère [A] = Coulomb/segundos

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Corrente elétrica

•O sentido do movimento real de cargas é do terminal negativo da fonte (ponto de menor potencial) para o terminal positivo da fonte (ponto de maior potencial), conforme figura:

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Sentido da corrente elétrica

•O sentido do movimento convencional de cargas é o contrário do movimento real, ou seja, do terminal positivo ao terminal negativo da fonte, passando pela carga.

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Sentido da corrente elétrica

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Tipos de materiais elétricos

Isolantes

Possuem elétrons fortemente ligados ao núcleo de seus átomos, dificultando sua

movimentação e oferecendo alta resistência à circulação de corrente. Ex: plástico, teflon,

borracha, etc.

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Tipos de materiais elétricos

Condutores

Possuem elétrons fracamente ligados ao núcleo de seus átomos, o que facilita sua

movimentação e oferece baixa resistência à circulação de corrente.

Ex: cobre, prata, ouro, alumínio, etc.

•É o caminho fechado por onde circula a CORRENTE ELÉTRICA

•Caso o movimento das cargas elétricas seja sempre no mesmo sentido, o circuito elétrico é chamado de CIRCUITO DE CORRENTE CONTÍNUA (CC ou DC)

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Circuito elétrico

•É constituído basicamente de 4 partes: 1. Fonte de Tensão: bateria, gerador 2. Condutores: fios, trilhas (baixa

resistência) 3. Carga: dispositivo que utiliza a energia

elétrica 4. Dispositivo de controle: chave, fusível,

disjuntor

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Circuito elétrico

•Esquema de um circuito básico

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Circuito elétrico

•É um componente dos circuitos elétricos que representa uma oposição ao fluxo de corrente

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Resistência

•Caso tenha valor conhecido e bem definido é chamado de Resistor Fixo

Símbolo:

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Resistor

•Também pode ser de valor ajustável, sendo chamado de Potenciômetro ou Reostato

•Unidade no S.I.: Ohm [Ω]

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Resistor

•A corrente em um circuito puramente resistivo é igual à relação tensão/corrente

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Lei de Ohm

•Calcular a corrente no circuito

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Lei de Ohm

V = 20V R = 5 Ω

•Calcular a resistência de filamento de uma lâmpada que é ligada em um circuito de corrente contínua conforme esquema

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Lei de Ohm

V = 120V

•É a medida da energia elétrica transferida da fonte de alimentação para a carga, por unidade de tempo.

•É equivalente ao trabalho realizado pela energia potencial da fonte de alimentação dentro de um intervalo de tempo.

•Símbolo: letra “P”

•Grandeza elétrica que pode ser medida e a unidade de medida no Sistema Internacional é:

•Watt [W] = Joule/segundos 26

Potência elétrica

•Expressão para o cálculo da potência CC

P = VxI

•Usando-se a Lei de Ohm, a expressão para o cáclulo da potência CC pode ser reescrita como:

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Potência elétrica

•Calcular a potência elétrica consumida por um resistor de 100Ω que está sendo percorrido por uma corrente de 200mA

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Potência elétrica

V R = 100Ω

•Considere um circuito resistivo onde o gerador fornece 20A de corrente, com uma tensão CC de 240V. Qual é a potência consumida pelo circuito?

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Potência elétrica

V =240V

•Como a Potência Elétrica é a energia (fornecida ou consumida) por unidade de tempo, pode-se calcular a Energia Elétrica (w) a partir da potência e do tempo. •A unidade de energia no Sistema Internacional é “Joule” •Símbolo: letra “J”

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Energia elétrica

𝑷 = 𝒘

𝒕→ 𝒘 = 𝑷. 𝒕 → 𝑱 = 𝒘𝒂𝒕𝒕 . [𝒔𝒆𝒈]

•Em eletricidade, por conta da ordem de grandeza da energia medida, usa-se: •Ou seja, usa-se a unidade conhecida como KiloWatt-Hora (kWh) para medidas de Energia Elétrica

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𝒘 = 𝑷. 𝒕 → 𝒘 = 𝒌𝒊𝒍𝒐𝒘𝒂𝒕𝒕 . [𝒉𝒐𝒓𝒂]

Energia elétrica

•Considere uma lâmpada incandescente de 60W ligada em um circuito CC, alimentada por uma tensão de 120V. Calcule a resistência elétrica da lâmpada, a corrente que percorre o circuito e a energia consumida pela lâmpada caso ela fique ligada durante 24h.

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Energia elétrica

V =120V

•Um circuito série é aquele que permite somente um percurso para a passagem da corrente

•A corrente “ I ” é a mesma em todos os pontos do circuito

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Circuito série

•A resistência total é a soma das resistências do circuito (associação-série):

•A tensão total é a soma das tensões nos terminais dos resistores em série:

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Circuito série

•A tensão nos terminais de carga de cada resistor é calculada pela Lei de Ohm:

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Circuito série

•Polaridades: As quedas de tensão nos terminais de cada resistor têm as polaridades definidas pelo sentido da corrente convencional, que circula do terminal de maior potencial (+) para o de menor potencial (–) na carga.

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Circuito série

•Potência: A potência total fornecida pela fonte de alimentação é igual à soma das potências consumidas pelos resistores de carga:

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Circuito série

• Considere o circuito em série com 3 resistores da figura e calcule: a) A resistência equivalente b) A corrente c) A potência em cada resistor e a potência total d) As quedas de tensão em cada resistor.

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Circuito série

• Um circuito CC paralelo é aquele no qual a corrente fornecida pela fonte de alimentação é dividida em dois ou mais ramos (malhas), podendo assumir diferentes valores ou valores iguais, dependendo da resistência oferecida pela malha do circuito

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Circuito paralelo

•A soma das correntes nos diferentes ramos é igual à corrente total fornecida pela fonte de alimentação:

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Circuito paralelo

Se as resistências forem iguais, as correntes I1, I2 e I3 também serão iguais

•Neste exemplo, a tensões nos terminais dos resistores de carga em paralelo são iguais:

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Circuito paralelo

•Se as resistências tiverem valores diferentes, as correntes também são diferentes e podem ser calculadas pela Lei de Ohm, a partir da tensão da fonte (V) e dos valores das resistências:

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Circuito paralelo

•Potência: A potência total fornecida pela fonte de alimentação é igual à soma das potências consumidas pelos resistores de carga, como no circuito série:

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Circuito paralelo

• Considere uma cozinha com alimentação em CC e diversos aparelhos conectados às tomadas conforme a figura. Calcule as correntes elétricas (I) em cada aparelho, a potência (P) que o circuito deve suportar e o consumo (w) caso todas as cargas sejam ligadas simultaneamente durante 2h.

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Circuito paralelo

•Primeiramente, esquematiza-se o circuito conforme a figura abaixo, onde é possível observar as 3 cargas resistivas ligadas em paralelo:

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Circuito paralelo

•Aplicando-se a Lei de Ohm, calculam-se as correntes nos ramos do circuito: •A potência que o circuito deve suportar é a soma das potências de cada aparelho:

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Circuito paralelo

•Caso todos os aparelhos fiquem ligados durante 2h, juntos irão consumir energia elétrica equivalente a:

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Circuito paralelo

•A resistência total em um circuito paralelo (associação-paralelo) pode ser calculada pela expressão:

•considerando-se n resistências associadas em paralelo.

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Circuito paralelo

•Para o mesmo circuito do exemplo anterior, recalcule a corrente total, utilizando a expressão da resistência equivalente em paralelo

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Circuito paralelo