eletricidade 2 lei ohm

Eletricidade Básica – Lei de Ohm

Conceitos Básicos

Energia

A energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada, transmitida. É a capacidade de um sistema realizar trabalho ou quantidade de trabalho que um sistema é capaz de fornecer. Todos os fenômenos físicos e químicos que ocorrem no universo podem gerar forças capazes de transformar uma energia em modalidades diferentes.

Formas de Energia * Potencial * Cinética * Mecânica * Química * Radiante * Elétrica * luminosa * Sonora

* * * Q U A L I T E C - - - Automação Industrial * * *


Conceitos Básicos

Formas de Energia

Potencial É a energia que um objeto possui em virtude da posição relativa que encontra-se dentro do sistema.

Cinética É a energia que um corpo massivo em movimento possui devido à sua velocidade.

Mecânica É energia cinética, de translação dos centros de massas com movimentos restritos.

Química É a energia que está armazenada nas ligações das estrutura da matéria.

Radiante Energia pura propagando-se pelo espaço em forma de ondas associadas a um campo.

Estática Energia potencial associada ao acúmulo de cargas elétricas num condutor, isolado de outro condutor.

Térmica É uma energia que está associada à temperatura absoluta de um sistema, e corresponde à soma das energias cinéticas que suas partículas possuem.



Conceitos Básicos

Energia Elétrica É a energia cinética da movimentação de partículas elétricas (elétrons) estabelecida na geração de diferenças de potencial elétrico entre dois pontos. É uma forma de energia fácil de ser gerada e transmitida em grandes quantidades, para ser, de forma prática, transformada em diversas modalidades de energia de uso cotidiano dos seres humanos.

Unidades de Medidas

1J [Joule] = 1W.s [Watt . segundo] 1kW.h [quiloWatt. hora] = 3.600.000 J

Potência Elétrica É a quantidade de energia elétrica consumida ou transformada na unidade de tempo.

P = τ / s 1W = 1J / s

Unidades de Medidas 1 kW [quiloWatt] = 1,359cv 1cv [cavalo vapor] = 0,736kW



Conceitos Básicos

Há vários processos de converter as diversas modalidades de energia em energia elétrica, que é uma forma conveniente de transmitir grandes quantidades de energia e converte-la em energia de uso cotidiano dos seres humanos.

Efeito Piezoelétrico Cristais de certos materiais produzem cargas elétricas quando submetidos a uma pressão. O fenômeno conhecido como piezoeletricidade, foi descoberto há mais de cem anos pelos irmãos Pierre e Jaques Curie. O efeito piezoelétrico está intimamente relacionado à simetria dos cristais e é condição primordial para o seu aparecimento que o material não apresente centro de simetria.



Conceitos Básicos

Termopares Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu (acidentalmente) que a junção de dois metais gera uma tensão eléctrica em função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenómeno, que é conhecido como Efeito de Seebeck. O efeito Seebeck é a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas (força eletromotriz térmica). O princípio termoelétrico dos termopares deriva de uma propriedade física dos condutores metálicos submetidos a um gradiente térmico em suas extremidades: a extremidade mais quente faz com que os elétrons dessa região tenham maior energia cinética e se acumulem no lado mais frio, gerando uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades do condutor na ordem de alguns milivolts (mV).



Conceitos Básicos

Fotoeletricidade O efeito fotoelétrico consiste, basicamente, na emissão de elétrons induzida pela ação da luz. Para se observar este efeito de forma simples, pode-se utilizar uma lâmina de zinco ligada a um eletroscópio de folhas, como na figura abaixo:



Conceitos Básicos

Ação Eletroquímica

É o processo de conversão de energia química em energia elétrica através de Reações de Oxirredução.

As reações de oxirredução estão presentes em toda parte: quando você respira, quando as plantas realizam fotossíntese, quando uma chama queima, quando um metal enferruja e em muitas outras situações. As reações de oxirredução englobam uma classe de reações químicas nas quais ocorre transferência de elétrons de uma espécie para a outra. Assim, nas reação de oxirredução sempre ocorre perda de elétrons por uma espécie e, simultaneamente, ganho de elétrons por outra. É um fluxo de elétrons. Nos processos de respiração, combustão, corrosão e outros, essa corrente elétrica flui internamente. Ao contrário, nas pilhas e baterias é criado um caminho externo para a passagem da corrente elétrica no qual podemos conectar, por exemplo, aparelhos eletroeletrônicos.



Conceitos Básicos

Reações de oxirredução



Conceitos Básicos

Eletromagnetismo

Quando um condutor atravessa as linha de força de um campo magnético, induz-se uma f.e.m nos terminais do condutor.

A aplicação mais importante do movimento relativo entre o condutor e as linhas de força de um campo magnético ocorre nos geradores elétrico.



Conceitos Básicos

Eletromagnetismo O movimento relativo entre o campo magnético e um condutor, provoca o surgimento de uma f.e.m. entre seus terminais.

Gerador Elementar



Conceitos Básicos

Eletromagnetismo A energia cinética da água, na turbina, é convertida em energia mecânica. No gerador, esta energia é convertida em energia elétrica através do acoplamento magnético.



Grandezas Elétricas Fundamentais

Tensão Elétrica Para produzir uma carga, elétrons devem ser deslocados, provocando um excesso ou falta de elétrons, e esta carga pode ser produzida por qualquer uma das fontes de eletricidade. Uma carga elétrica, positiva ou negativa, representa uma energia potencial e é igual à quantidade de trabalho realizado para produzir esta carga, que é medida em Volts (V). Todos os processos de gerar energia elétrica, consiste na força elétrica produzida na conversão de qualquer forma de energia em energia elétrica, que cria um movimento ordenado de cargas elétricas. Esta força é conhecida como Força Eletromotriz (f.e.m.). No caso da eletricidade estática, em virtude da força do seu campo eletrostático, uma carga é capaz de realizar trabalho ao deslocar uma outra carga por atração ou repulsão, e a soma das diferenças de potencial de todas as cargas do campo eletrostático é também conhecida como Diferença de Potencial (D.D.P), também medido em Volts (V).





Tensão Elétrica

É a força de uma d.d.p. produzida no

processo de conversão de qualquer forma de

energia em energia elétrica, que atua em

partículas elétricas e cria um movimento

ordenado destas partículas.


A unidade fundamental da f.e.m. é o Volt.

A diferença de potencial é chamada também de Tensão Elétrica. A tensão elétrica é representada pela letra E ou U.

Os dispositivos que fornecem f.e.m, são chamados de fontes de f.e.m. ou geradores de tensão e é representado esquematicamente pelas figuras abaixo:


Os terminais dos geradores de tensão são polarizados conforme a convenção de Negativo (-) para o terminal que cede elétrons, e de Positivo (+) para o terminal que recebe elétrons.




Para firmar melhor o conceito de Diferença de Potencial e Força Eletromotriz, vamos utilizar um circuito mecânico de um sistema de nível de água.

Havendo o desnível entre os reservatórios A e B, quando a válvula for aberta, teremos um fluxo de água correndo do reservatório A para o reservatório B, até que os nível se igualem e haja um equilíbrio no sistema. A válvula funciona como uma chave para ligar o fluxo de água, e quando houver equilíbrio, a válvula poder está fechada ou aberta, mas não haverá fluxo.




Neste caso, os reservatórios A e B sempre vão apresentar um desnível, e a reposição da água (cargas elétricas) é realizado pela bomba d’água.

A diferença de potencial com a reposição constante das cargas elétricas é a f.e.m. . Num circuito elétrico com um processo constante de conversão de energia de qualquer modalidade para energia elétrica, teremos uma fonte de f.e.m. , fonte esta chamada de GERADOR ELÉTRICO.

Resumindo: Gerador é um dispositivo utilizado para a conversão da energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica.





Geradores Elétricos de Corrente Contínua

Um circuito elétrico simples é formado por um gerador e um receptor, ligados através de condutores elétricos, isto é, fios ou cabos condutores. GERADORES Dispositivos ou equipamentos elétricos que fornecem a energia elétricas para movimentar as cargas elétricas no circuito elétrico fechado. RECEPTORES Dispositivo ou equipamento elétrico que transforma energia elétrica em outra modalidade de energia, como exemplo: energia térmica, energia sonora etc.



Geradores Elétricos de Corrente Contínua São dispositivos de f.e.m. que provocam o deslocamento ordenado do elétrons (corrente elétrica) num único sentido. Usando uma linguagem mais prática: Não invertem a polaridade dos terminais do gerador.

O valor da f.e.m. de um gerador, em circuito fechado, não coincide exatamente com o valor da tensão lida no receptor. Esta diferença deve-se ao fato do gerador apresentar uma resistência interna.

Obs.: É esta resistência interna dos geradores como um todo, que limita o fornecimento de corrente pelo mesmo.




Geradores Elétricos de Corrente Contínua Os geradores de corrente contínua mais usuais são: ● As pilhas, que transformam a energia química nelas contida em energia elétrica; ● Os acumuladores, que igualmente transformam energia química em energia elétrica, mas apresentando a vantagem relativamente às pilhas de serem recarregáveis; ● Os dínamos ( geradores mecânicos ), que transformam energia mecânica em energia elétrica; ● Os geradores fotoelétricos ( células fotovoltaicas ), que transformam energia luminosa em energia elétrica.





A pilha é formada basicamente por dois metais diferentes, que são imersos em algum tipo eletrólito (ácidos ou bases dissolvidos em água), que promove reações de oxirredução.

Na reação de oxidação há a liberação de elétrons para o terminal negativo da pilha. Já na reação de redução há a captura de elétrons no terminal positivo da pilha.

Uma pilha individual é chamada de elemento ou célula. Bateria é a denominação dada a um conjunto de pilhas, ligados entre si.




Geradores Elétricos de Corrente Contínua Muitas vezes é necessário elevarmos o valor da tensão do gerador ou aumentar o limite de fornecimento de corrente do gerador. Assim sendo, deveremos associar geradores para atender as necessidades de tensão e corrente requeridas pelo consumidor. Ao realizar associação de geradores é importante que cada elemento da associação possuam as mesmas características nominais de tensão e resistência interna.

Na ligação série, liga-mos os terminais positivos de cada gerador ao termi-nal negativo do seguinte.

Na ligação paralelo, ligamos todos os terminais positivos dos geradores, uns aos outros, e o mesmo para os terminais negativos.




Associação de Geradores em Série Na associação em série, a tensão total é a soma das tensões individuais dos elementos, conforme abaixo:

A resistência interna dos elementos também são somadas, de modo que a resistência interna total é dado por:

rit = ri . n onde: n é o número de

elementos associados em série.

Este tipo de associação é usado quando se deseja uma tensão mais elevada, contudo a intensidade da corrente é igual em todos os elementos.

Et = E1 + E2 + ... + E n




Associação de Geradores em Paralelo Na associação em paralelo, a tensão total é a mesma que as tensões individuais dos elementos, conforme abaixo:

A resistência interna dos elementos são iguais, contudo a resistência interna total, é bem menor:

rit = ri / n onde: n é o número de elementos associados em série.

Este tipo de associação é usado quando se deseja aumentar

a capacidade de corrente, e a intensidade fornecida será: It = n x I

Et = E1 = E2 = ... = Et




Associação de Geradores

Paralelo

Série





As pilhas, de acordo com o seu tamanho,, pode receber a

designação de AA, AAA, C, D.




Corrente Elétrica

Quando conectamos os terminais de uma fonte de f.e.m através de um condutor, os elétrons em excesso no terminal negativo (-) encontram um caminho fácil (baixa resistência) para se deslocarem em direção ao terminal positivo (+), que apresenta-se com falta de elétrons.

A este movimento ordenado ou fluxo de elétrons no meio condutor, pelo efeito de uma f.e.m., é que chamamos de Corrente Elétrica.



A corrente elétrica é a eletricidade (energia elétrica) propriamente dita, pois é a conversão da energia cinética dos elétrons em outras modalidades de energia, através dos vários efeitos e propriedades da corrente elétricas, que efetivamente os seres humanos utilizam para o seu benefício no dia-a-dia. Ex.: O efeito Joule é utilizado para aquecer o ferro de solda.


A unidade fundamental com que se mede a corrente elétrica é o ampère (A).

Um ampère é definido como o deslocamento de um coulomb através de uma seção reta do condutor no intervalo de tempo de um segundo, com fluxo constante.





Reforçando sobre Corrente Elétrica:


Sabemos que a corrente elétrica é um movimento ordenado de elétrons livres nos condutores metálicos, no sentido do terminal negativo da fonte de f.e.m. para o terminal positivo desta fonte (sentido real). Esta corrente é dita de

Corrente Eletrônica. O fluxo de corrente é representado de forma conveniente por um fluxo de cargas positivas, já que na época do desenvolvimento dos conceitos da eletricidade acreditava-se que partículas positivas eram as que circulavam pelo condutor.


Portanto, em eletrici-dade, os circuitos são geral-mente analisados em termos

da corrente convencional, pois utiliza o sentido convencional da corrente.



Queda de Tensão Toda vez que a corrente elétrica atravessa um componente que apresenta um determinado valor de resistência elétrica, há uma perda de energia (queda de tensão) sobre este componente. Esta perda de energia (queda de tensão) é representada pelo símbolo “V” seguido do índice do ponto mais positivo e do ponte mais negativo. No ponto que a corrente entra no componente, é o ponto mais positivo, e o ponto que ela sai é o ponto mais negativo, pois perdeu energia.


A soma das quedas de tensão é igual a tensão total de alimentação do circuito.



Resistência Elétrica

Toda estrutura molecular dos vários elementos ou compostos (substâncias) oferecem uma resistência ao deslocamento dos elétrons de uma corrente elétrica. É o número de elétrons livres que as substâncias possuem que determina sua resistência (oposição) à corrente elétrica.

A unidade fundamental de medida da resistência elétrica é o ohm (Ω).


1 ohm é a resis-tência de um condutor que permite a passagem de 1 ampère quando submetida a tensão de 1 volt.

Resistência elétrica é a oposição, que cada material apresenta, a passagem da corrente elétrica.




Utilizamos resistências com valores determinados, nos circuitos elétricos, para limitar a corrente elétrica deste circuito ou converter energia elétrica em energia térmica (calor). Os componentes elétricos projetados com o propósito de oferecerem resistência elétrica de valores particulares são chamados de resistores. Embora o nome do resistor nos lembre de resistência ou mesmo material isolante, os resistores são constituídos na verdade por material condutor do tipo fio metálico, filme metálico e filme carbono (carvão) de onde eles tiram seus nomes. Comercialmente, são encontrados resistores desde alguns décimos de Ohm até dezena de Megaohm. Os resistores são identificados através de um código de cores.






Reforçando:



A energia elétrica pode ser convertida em outras formas de energia. Quando os elétrons caminham no interior de um condutor, eles se chocam contra os átomos do material do qual é feito. Nestes choques, parte da energia cinética de cada elétron se transfere aos átomos que começam a vibrar mais intensamente. No entanto, um aumento de vibração significa um aumento de temperatura. O aquecimento provocado pela maior vibração dos átomos é um fenômeno físico a que damos o nome de Efeito Joule. É esta dissipação de energia elétrica na forma de calor, que é a principal característica dos resistores.





1ª Lei de Ohm

George Simon Ohm nasceu em Erlangen, na Alemanha, em 1787 e morreu em 1854 na cidade de Munique. Em 1827 ele estabeleceu teoricamente a 1ª lei que levaria seu nome.

“Mantendo-se a temperatura de um condutor constante, a diferença de potencial aplicada nos seus extremos é diretamente proporcional à intensidade da corrente elétrica”.

Condutores que mantém sua resistência constante são chamados de resistores ôhmicos.

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Podemos resumir de outra forma as conclusões de Ohm: “A intensidade da corrente elétrica que passa por uma resistência ôhmica é diretamente proporcional à tensão elétrica entre os terminais da resistência.”




2ª Lei de Ohm

Além de verificar a relação existente entre a tensão elétrica e a intensidade da corrente elétrica num condutor, George Simon Ohm verificou que a resistência elétrica deste condutor depende do tipo de material e das suas dimensões físicas. Esta verificação está enunciada na 2ª Lei de Ohm:

“A resistência elétrica de um condutor homogêneo de secção transversal constante é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua área de secção transversal e depende do material do qual ele é feito”.



Condutores e Isolantes


Na natureza, do ponto de vista elétrico, existem três grupos de substâncias: Condutores, Isolantes e Semicondutores.

Condutores São substâncias que apresentam baixos valores de

resistência elétrica.

Seus átomos, na última órbita eletrônica, perde um elétron com grande facilidade e estes elétrons recebem o nome de elétrons livres.

Exemplo: Os metais - ferro, ouro, platina, cobre, prata etc.

Obs.: O principal metal utilizado para realizar as conexões elétricas é o cobre.




Isolantes São substâncias que possuem altos valores de resistência

elétrica.

Seus átomos têm grande dificuldade em ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas eletrônicas e não permitem a passagem do fluxo de elétrons ou deixam passar apenas um pequeno número deles.

Exemplo: Vidro, cerâmica, plástico ou a borracha .





Semicondutores Semicondutores são sólidos cristalinos de

condutibilidade elétrica intermediária entre os condutores e os isolantes. Os elementos semicondutores podem ser tratados quimicamente (dopados) para transmitir e controlar uma corrente elétrica.

Ex: Cristais de silício e germânio, utilizados para fabricar quase todos os componentes semicondutores da indústria eletrônica.






Semicondutores

A principal característica dos semicondutores é

a de possuir 04 (quatro) elétrons em sua última

camada, a camada de valência, e Isto permite aos

átomos do material semicondutor a formação entre si

de ligações covalentes.


Todo material, seja ele isolante ou condutor, apresenta uma resistividade, ou seja, resistência ao fluxo de corrente. É o valor desta propriedade que define se um material é condutor ou isolante.






ISOLAÇÃO é o material isolante ou conjunto de

materiais isolantes utilizados para impedir a circulação de

corrente elétrica entre partes condutoras.

FALTA ELÉTRICA é o contato ou arco acidental entre

condutores sob potenciais diferentes, num circuito ou

equipamento elétrico energizado. As falta são causadas por

falhas de isolamento entre os condutores, podendo ser a

impedância considerável, provocando as fugas, ou

desprezível (falta direta ou curto-circuito).

CURTO-CIRCUITO é a ligação intencional ou

acidental entre dois ou mais pontos de um circuito através

de uma impedância desprezível.



Condutores e Isolantes Capacidade de condução de corrente de um condutor é a corrente máxima que pode ser por ele conduzida continuamente, em condições especificadas, sem que sua temperatura ultrapasse a um valor predeterminado.



Condutores e Isolantes Hoje, é quase regra geral, a utilização da isolação de PVC ou EPR (ou XLPE) nos fios e cabos isolados. Assim sendo, ao dimensionar a capacidade de condução de um circuito, levamos em consideração a temperatura máxima que estes materiais isolantes suportam sem que haja alterações de sua propriedades físicas, químicas, mecânicas e elétricas, conforme mostrado na tabela abaixo:

Tempo de sobrecarga = 100horas Tempo em curto-circuito = 5 seg.



Exercícios

1°) Relacionando alguns processos de geração da energia elétrica, três alunos elaboraram as listas abaixo. Qual lista está correta? a) Efeito fotoelétrico, Efeito Seebeck no termopar e Efeito Joule. b) Princípio do Eletromagnetismo, Reações covalentes e Efeito Seebeck. c) Reações de oxirreduções, Efeito Piezoelétrico, Efeito fotoelétrico. 2°) Na figura abaixo, em qual configuração estão ligados os geradores? 3°) Qual a unidade fundamental no SI usada para medir a grandeza corrente elétrica? Resposta:



Exercícios

4°) Na figura abaixo, sabendo que as quedas de tensão são Vab = 9V e Vbc = 3V, qual o valor de E? 5°) Liste três materiais condutores e dois isolantes. 6°) O aquecimento provocado pela maior vibração dos átomos quando da passagem da corrente elétrica é um fenômeno físico. Qual o nome deste efeito? Resposta:



Exercícios

7°) Analise o Circuito Elétrico abaixo e calcule a corrente total (It) e a potência dissipada em R4.

8°) Todos os processos de gerar energia elétrica, consiste na força elétrica produzida na conversão de qualquer forma de energia em energia elétrica, que cria um movimento ordenado de cargas elétricas. Como é conhecida esta força e em qual unidade do SI é medida? a) Corrente Elétrica, medida em Ampère [A].

b) Força Eletromotriz (f.e.m.), medida em Volts [V].

c) Força do Campo Magnético, medida em Ampère.Espira [A.esp].



Exercícios

9°) Potência Elétrica é a quantidade de energia elétrica consumida ou transformada na unidade de tempo. Em qual unidade no Sistema Internacional (SI) esta grandeza é medida?

10°) Todos os processos de gerar energia elétrica, consiste na força elétrica produzida na conversão de qualquer forma de energia em energia elétrica, que cria um movimento ordenado de cargas elétricas. Como é conhecida esta força e em qual unidade do SI é medida? a) Corrente Elétrica, medida em Ampère [A].

b) Força Eletromotriz (f.e.m.), medida em Volts [V].

c) Força do Campo Magnético, medida em Ampère.Espira [A.esp]. 11°) Quando se deseja uma tensão mais elevada, qual tipo de associação de geradores é usado?



Exercícios

12°) Analise o Circuito Elétrico abaixo e calcule a corrente total (It) e a potência dissipada em R4.


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