Fontes Eltricas em Lmpadas Incandescentes Configuradas em Srie e em Paralelo-Uso do Multmetro

Aluna: Raquel Nunes de Alencar 1020880/7Disciplina: Instalaes Eltricas e PrediaisProfessor: Fernando MouraCurso: Engenharia Civil

Fortaleza,15 de Setembro

SUMRIO

INTRODUO...................................................................................................3DESENVOLVIMENTO.......................................................................................4DEFINIO.....................................................................................................4INDICAO E UTILIZAO...........................................................................5O TOMBAMENTO E O PLANO DIRETOR DE FORTALEZA.........................5INFORMAES SUPLEMENTARES.............................................................7CONCLUSO...................................................................................................10REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................11

INTRODUO

1. INTRODUO

Existem duas quantidades que normalmente queremos acompanhar em circuitos eltricos e eletrnicos: voltagem e corrente. Essas grandezas podem ser constantes ou variveis no tempo. Vejamos a seguir algumas definies.

1.1- Voltagem

A voltagem, ou diferena de potencial entre dois pontos, o custo em energia, ou seja, o trabalho necessrio para mover uma carga unitria de um ponto com um potencial eltrico mais baixo a outro de potencial eltrico mais alto. O conceito de potencial eltrico muito similar ao conceito de potencial gravitacional. Mover uma carga de um ponto cujo potencial menor para outro ponto de potencial maior um processo similar a mover uma massa de uma posio a outra. Para mover a massa do cho at um ponto situado sobre uma mesa a energia potencial alterada. Podemos definir como zero de energia potencial o solo, e neste caso estaremos ganhando energia potencial gravitacional. Se definirmos o potencial zero como sendo o nvel da mesa, o solo ter um potencial negativo. Mesmo assim, ao movermos a massa no sentido do cho para a mesa, ganhamos energia potencial! Com o potencial eltrico ocorre o mesmo. Temos que definir um ponto de referncia, as medidas que realizamos correspondem s diferenas de potencial eltrico entre a referncia e um outro ponto qualquer do espao. Costuma-se definir esse ponto de referncia como sendo a terra (o solo). A voltagem entre dois pontos, portanto, a diferena que existe entre os potenciais desses pontos. Fica claro que s h sentido em definir voltagem ENTRE DOIS PONTOS. O trabalho realizado ao se mover uma carga de 1 coulomb atravs de uma diferena de potencial de um volt de 1 joule. A unidade de medida de diferena de potencial o volt (V), efrequentemente expressa em mltiplos tais como o quilovolt (1kV=103 V), millivolt V), microvolt (1V=10-6 V), etc.

1. 1.2 Corrente

Usualmente identificada pelo smbolo i, a corrente o fluxo de carga eltrica que passa por um determinado ponto. A unidade de medida de corrente o ampere (1A = 1 coulomb/segundo). O ampere, em geral, uma grandeza muito grande para as aplicaes do dia-a-dia. Por isso, as correntes so geralmente expressas em mili-amperes (1mA=10-3A), micro-amperes (1A=10-6 A) ou nano-amperes (1nA=10-9A). Por conveno, os portadores de corrente eltrica so cargaspositivas que fluem de potenciais mais altos para os mais baixos (embora o fluxo de eltrons real seja no sentido contrrio).

3

2. 1.3 Resistncia

Para que haja fluxo de cargas eltricas so necessrios dois ingredientes bsicos: uma diferena de potencial e um meio por onde as cargas eltricas devem circular. Para uma dada voltagem, o fluxo de cargas depender da resistncia do meio por onde essas cargas devero passar. Quanto maior a resistncia, menor o fluxo de cargas para uma dada diferena de potencial.Os materiais so classificados, em relao passagem de corrente eltrica, em trs categorias bsicas: os isolantes, que so aqueles que oferecem alta resistncia passagem de cargas eltricas, os condutores, que no oferecem quase nenhuma resistncia passagem de corrente eltrica e os semicondutores que se situam entre os dois extremos mencionados anteriormente. O smbolo que utilizamos para indicar a resistncia de um material a letra R e a unidade de resistncia eltrica o ohm (). O smbolo para indicar uma resistncia em um circuito eltrico mostrado na Figura 1 abaixo:

Figura 1: Representao esquemtica de um resistor colocado entre os pontos A e B de um dado circuito.

As diferenas de potencial so produzidas por geradores, que so dispositivos que realizam trabalho de algum tipo sobre as cargas eltricas, levando-as de um potencial mais baixo para outro mais alto. Isso o que ocorre em dispositivos como baterias (energia eletroqumica), geradores de usinas hidreltricas (energia potencial da gua armazenada na represa), clulas solares (converso fotovoltaica da energia dos ftons da luz incidente), etc...A resistncia R de um material condutor definida pela razo entre a voltagem V aplicada aos seus terminais e pela corrente i passando por ele:

R V .i

(1)

A Equao 1 uma das representaes da Lei de Ohm, por essa equao vemos que no SI a unidade de resistncia definida por 11V / A.Na montagem de circuitos eltricos e eletrnicos dois tipos de associao de elementos so muito comuns: associaes em srie e em paralelo.

2 Associao de resistores em srie

Na Figura 2a mostramos uma associao de resistores R1 e R2 em srie.

Figura 2: a) Associao em srie de resistores. b) Resistor equivalente.

Num circuito eltrico os dois resistores associados em srie (Figura 2a) tm o mesmo efeito de um nico resistor equivalente de resistncia RS (Figura 2b).Na associao em srie de resistores, a corrente i1 passando por R1 e i2 por R2 so a mesma corrente i passando pela associao:

i i1 i2.

(2)

As voltagens no resistor R1, V1 VAB e no resistor R2 , V2 VBC somadas so iguais voltagem da associao VAC :

VAC VAB VBC V1 V2.

(3)

Para a associao em srie de resistores temos:

RS R1 R2.

(4)

3 Associao de resistores em paralelo

Na Figura 3a mostramos uma associao de resistores R1 e R2 em paralelo.

Figura 3: a) Associao em paralelo de resistores. b) Resistor equivalenteNum circuito eltrico os dois resistores associados em paralelo (Figura 3a) tm o mesmo efeito de um nico resistor equivalente de resistncia RP (Figura 3b).Na associao em paralelo de resistores, a soma da corrente i1 passando por R1 e i2 por R2 a corrente total i passando pela associao:

i i1 i2 .

(5)

As voltagens no resistor R1 e no resistor R2 so a mesma voltagem da associao VAC :

VAC V1 V2 .

(6)

Para a associao em paralelo de resistores temos:

111.RPR1R2

(7)

Num circuito eltrico os dois resistores associados em paralelo (Figura 3a) tm o mesmo efeito de um nico resistor equivalente de resistncia RP (Figura 3b).Na associao em paralelo de resistores, a soma da corrente i1 passando por R1 e i2 por R2 a corrente total i passando pela associao:

i i1 i2 .

(5)

As voltagens no resistor R1 e no resistor R2 so a mesma voltagem da associao VAC :

VAC V1 V2 .

(6)

Para a associao em paralelo de resistores temos:

111.RPR1R2

(7)

4- Introduo ao uso dos equipamentos de medida da bancada

Um ponto importante, e que diz respeito diretamente ao nosso curso, que para verificar as relaes entre as diversas grandezas que participam de um circuito eltrico devemos medir essas grandezas. Mais precisamente, devemos conhecer as correntes e as voltagens que ocorrem no circuito. Para isso, existem diversos instrumentos, como o voltmetro e o ampermetro, que nos permitem realizar essas medidas. Esses instrumentos indicam o valor medido atravs do movimento de uma agulha ou ponteiro em uma escala (mostradores analgicos), ou por um mostrador digital.Um outro instrumento, mais verstil, que iremos utilizar o osciloscpio. Com ele podemos literalmente ver voltagens em funo do tempo em um ou mais pontos de um circuito. Teremos a oportunidade de trabalhar com osciloscpios um pouco mais frente no curso, quando utilizarmos correntes e voltagens que variam no tempo.Inicialmente vamos nos restringir correntes e voltagens que no variam no tempo, ou seja, que possuem um valor constante. Elas so classificadas como contnuas. Usamos o termo genrico CORRENTE CONTNUA quando nos referimos a correntes que so geradas por voltagens que no variam no tempo. Para as correntes geradas por voltagens que variam no tempo damos o nome genrico de CORRENTES ALTERNADAS.Os equipamentos disponveis para nossas medidas na aula de hoje so o multmetro digital e o ampermetro analgico. Temos tambm uma fonte de alimentao DC e uma pilha voltaica. H ainda uma bancada com diversos resistores e capacitores que sero utilizados nas montagens experimentais.

4.1- Ampermetro

O ampermetro da bancada um instrumento analgico (existem tambm os ampermetros digitais) cujo funcionamento se baseia no galvanmetro.Galvanmetro o nome genrico de um instrumento capaz de acusar a passagem de uma corrente eltrica. Seu princpio de funcionamento baseado nos efeitos magnticos associados s correntes eltricas.Ao fazermos passar uma corrente eltrica por um condutor, geramos um campo magntico a sua volta. Se este condutor for enrolado na forma de uma espira1 (ou vrias delas), podemos verificar que ele se comporta exatamente como um im, ou como uma agulha de uma bssola, causando e sofrendo foras e torques devido a interaes com outros ims, ou campos magnticos externos. Este o princpio de funcionamento bsico do galvanmetro: uma bobina muito leve formada por muitas espiras de fio de cobre, com dimetro da ordem da espessura de um fio decabelo, montada de tal maneira que quando passa uma corrente por ela, um torque gerado fazendo com que haja uma deflexo de uma agulha, conforme mostrado na Figura 5 abaixo.

Figura 5: Representao esquemtica de um galvanmetro. As espiras so enroladas em um cilindro que gira preso a um eixo quando uma corrente passa pelas mesmas. O torque produzido no fio de cobre das espiras equilibrado pelo torque da mola de toro (mola restauradora) mudando a posio da agulha de medida

Uma observao importante que o torque gerado pela passagem da corrente uma grandeza vetorial e, portanto, possui direo e sentido. O fabricante indica por onde a corrente deve entrar no galvanmetro pois se invertermos o sentido da corrente, a agulha ser defletida no sentido oposto e isso pode causar danos ao aparelho.

A deflexo da agulha pode ser entendida analisando-se a fora de Lorentz que atua nas cargas em movimento nas espiras. Uma carga q, movendo-se com velocidade r , sujeita ao dev

rrum campo magntico B, sofre ao de uma fora Fq dada por:

rrrFq qv B.

1 Podemos utilizar um fio condutor para dar uma volta completa formando uma curva fechada. Chamamos essa curva, que pode ser um crculo, um retngulo, etc... , de espira.

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de maneira tal que se tenha deflexo mxima para a maior corrente permitida (com uma boa segurana) pela sua resistncia eltrica. Uma vez tendo sido definidos os valores mnimo e mximo de corrente, uma escala linear construda. Como se sabe, a corrente eltrica, ao passar por um condutor, dissipa, na forma de calor, a energia correspondente fornecida pelo gerador. Se a corrente for muito alta, o condutor ser aquecido e, dependendo da situao, o fio da bobina poder se romper, queimando o aparelho. Por isso, devemos ter muito cuidado ao utilizarmos um galvanmetro.O galvanmetro, portanto, deve ser ligado em srie com o circuito para que a corrente que passa pelo circuito passe tambm atravs dele e cause uma deflexo no ponteiro, podendo assim ser medida.Suponha que queiramos medir a corrente eltrica que passa no circuito mostrado na Figura6. Nesta figura representamos o galvanmetro pelo retngulo de linhas tracejadas. Ele tem uma resistncia interna, RG , que tem valor muito pequeno e corresponde resistncia do fio de cobre com o qual so feitas suas espiras.

Figura 6: Circuito utilizando um galvanmetro para medir a corrente passando pelo mesmo.

A corrente no circuito pode ser escrita utilizando a lei de Ohm (Equao 1):

Vi .R RG

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Para RG R a corrente medida pelo galvanmetro uma boa aproximao para o valor da corrente que passa pelo resistor R.Os galvanmetros tm algumas limitaes prticas intrnsecas. Primeiramente, devido existncia da bobina, eles possuem uma resistncia interna cujo valor depender da forma como ele construdo. O galvanmetro ideal deve possuir resistncia interna nula. No entanto, sabemos que nas situaes prticas sua resistncia interna se compe com a resistncia do circuito produzindo uma resistncia equivalente. Se essa resistncia equivalente diferir muito do valor original da resistncia do circuito, a corrente medida ter um valor aparente, diferente do valor real da corrente que passa pelo circuito. Nessa situao as medidas apresentam um erro sistemtico. Quanto mais a resistncia equivalente diferir do valor da resistncia original do circuito, maior seresse erro.Em segundo lugar, eles esto limitados a medir correntes numa faixa bastante pequena. Em geral, os galvanmetros encontrados em laboratrios medem correntes de fundo de escala (uma leitura com a agulha totalmente defletida) da ordem de 1mA, ou at menores.Para medirmos correntes mais altas devemos utilizar resistncias de desvio (ou shunts, que so resistncias de valor muito baixo e com capacidade de suportar correntes mais altas) de forma a que a maior parte da corrente passe pelo desvio. Nesse caso, uma outra escala deve ser desenhada. Dessa forma, para cada resistncia de desvio, deveremos ter uma nova escala. Esse o princpio de funcionamento dos ampermetros.Na Figura 7 mostramos a representao esquemtica de um ampermetro. Um ampermetro construdo associando-se em paralelo um galvanmetro uma resistncia de desvio ( RD ).

Figura 7: Representao esquemtica de um ampermetro.

Os ampermetros se aproximam mais da condio de resistncia nula. Por exemplo, imagine um galvanmetro de resistncia interna RG 90que permita uma corrente mxima de 1 mA, associado a uma resistncia de desvio RD 10. A resistncia interna desse ampermetro, RA , a resistncia equivalente da associao em paralelo descrita na Figura 7:

10

10RA

RGRD RG RD

9.

(10)

Observe que a resistncia do ampermetro bem menor que a resistncia do galvanmetro, o que faz com que sua influncia na corrente do circuito onde ele utilizado seja menor. Alm disso, a corrente no ampermetro, dada em funo da corrente no galvanmetro pode ser escrita como (verifique):

i RG RD i .G

O voltmetro, como o nome diz, um instrumento que mede voltagens ou diferenas de potencial. Sua construo tambm baseada no princpio do galvanmetro. Na Figura 9 mostramos o esquema de construo do voltmetro a partir de um galvanmetro de resistncia RG associado em srie com uma resistncia RV . Observe que no circuito da Figura 9 o voltmetro constitudo pelo conjunto de elementos no interior do retngulo tracejado. Observe tambm que ele ligado ao circuito em paralelo.

Figura 9: Esquema de um voltmetro ligado a um circuito simples para medir voltagens.

Como sabemos, quando duas resistncias so ligadas em paralelo, a diferena de potencial em cada resistncia a mesma da associao e a corrente que passa em cada uma das resistncias depender do valor da resistncia.

Se uma dessas resistncias for constituda pela resistncia interna ( RG ) de um galvanmetro e mais uma resistncia de valor muito alto ( RV ) em srie com ela, duas coisas podem ocorrer:a) se a resistncia do ramo do galvanmetro for muito maior que a resistncia R do circuito, a quase totalidade da corrente da associao em paralelo passar pela resistncia R e no pelo galvanmetro. Sendo RV muito alto (tendendo para infinito) o valor da resistncia equivalente formada pela resistncia R, onde se quer medir a diferena de potencial e o voltmetro, ser praticamente igual resistncia R (verifique) e as condies de trabalho do circuito no sero afetadas.b) Se RV for pequeno, a resistncia equivalente formada pelo voltmetro e a resistncia R ser menor que qualquer uma das resistncias envolvidas e, portanto, a corrente que passar pela associao aumentar e estaremos cometendo um erro sistemtico. Portanto, imperioso que para termos uma medida correta da voltagem nos extremos de uma resistncia, o erro cometido ao ligarmos o voltmetro no circuito esteja dentro do erro experimental da leitura. Nos voltmetros analgicos comerciais, em geral, a resistncia interna de cerca de 20k/V vezes o valor do fundo da escala. J nos voltmetros digitais, a resistncia interna da ordem de 1012, o que garante que os efeitos de sua resistncia interna sejam desprezveis.O smbolo apresentado na Figura 10 freqentemente utilizado para representar um voltmetro em circuitos eltricos.

Figura 10: Representao usual de voltmetros em circuitos eltricos.

4.2- Multmetro Digital: medidas de Voltagem

Os voltmetros e ampermetros da forma descritas acima apresentam muitas limitaes (algumas das quais j foram discutidas) e, por isso, esto sendo substitudos gradualmente por aparelhos digitais que apresentam algumas vantagens extremamente importantes. Em primeiro lugar, a resistncia interna do voltmetro passa de algumas dezenas de kpara alguns T(T significa tera, 1 tera = 1012, alm do prefixo tera usamos tambm com frequncia o giga = 109 e o mega = 106), o que o torna um instrumento ideal para as medidas usuais de diferenas de potencial. O princpio de medida tambm diferente pois, ao invs de interaes entre correntes e campos magnticos, como no caso dos instrumentos analgicos, usam-se conversores analgico-digitais para detectar diferenas de potencial.O multmetro digital um instrumento que permite medir digitalmente voltagens, correntes e diversas outras grandezas derivadas, com alto grau de preciso e acurcia. Trata-se de um equipamento sensvel e com o qual se deve tomar, na sua utilizao, os mesmos cuidados observados com os instrumentos analgicos. Com este instrumento podemos medir voltagem contnua, voltagem alternada, corrente contnua e resistncia eltrica.Por questes de segurana, quando vamos efetuar uma medida de uma grandeza desconhecida, temos que tomar um certo cuidado para no submeter o aparelho a grandezas cujas intensidades sejam demasiadamente grandes e que podem danific-lo. Por isso, uma boa regra

mantermos o aparelho ligado sempre na MAIOR escala possvel e irmos diminuindo o valor da escala at obtermos a melhor medida possvel.

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