Eletricidade Básica Prof. Ribeiro

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Regras do Jogo

• Carga horária de 20 aulas;

• Conteúdo elaborado e/ou indicado pelo professor;

• Serão realizadas duas avaliações objetivas – com consulta a formulário;

• Será solicitado um trabalho final para composição de nota;

Eletricidade Básica – Aula 1

• Justificativa:

• O estudo da Eletricidade no curso de formação do mecânico de aeronaves se deve a forte presença de sistemas elétricos e eletrônicos embarcados que tanto auxiliam quanto asseguram a atividade aérea.

• Um entendimento conceitual sobre o assunto será o ponto de partida para o desenvolvimento de disciplinas de formação profissional essenciais para a operação e manutenção das aeronaves.

• Introdução:

• A eletricidade é a parte da Física que estuda todos os fenômenos associados a uma propriedade física denominada Carga Elétrica.

• O estudo da Eletricidade se divide em:

• Eletrostática; • Eletrodinâmica; • Eletromagnetismo.

Conceitos Iniciais

• Para entender a origem da Eletricidade primeiramente é necessário entender a estrutura da matéria, seus constituintes e propriedades;

• Sendo assim definiremos:

A Matéria • Definição:

“É tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço.”

O menor representante da Matéria que mantém suas características Físico-Químicas é a Molécula.

• A matéria é composta de moléculas, que representam cadeias de partículas menores denominadas átomos;

• O átomo era tido na recente história da física

moderna como a menor parte da matéria.

• Existem na natureza vários átomos combinados entre si compondo a matéria como a conhecemos.

• Os átomos descobertos até os dias de hoje estão agrupados na forma de tabela. Esta tabela é denominada Periódica e reúne todos os elementos químicos em suas respectivas propriedades.

• Para o estudo da eletricidade uma das características

mais importantes sobre os elementos, é aquela que os define segundo a seguinte classificação:

• METAIS

Empregados na fabricação de condutores;

• NÃO METAIS

Empregados na fabricação de Isolantes;

• SEMI-METAIS

Empregados na fabricação de semicondutores;

O Átomo

• Definição:

• Base da matéria e menor partícula possível a qual um elemento químico pode ser dividido;

• O átomo é constituído ainda por três partículas elementares denominadas:

- Prótons, Nêutrons e Elétrons.

• Cada qual com suas respectivas características e localização dentro do átomo segundo uma organização pré-definida.

• Por muitos anos um modelo atômico foi muito difundido e empregado no estudo dos átomos, este modelo é o Modelo Atômico de Rutherford.

• Exemplo de Átomo segundo Rutherford

• A estabilidade do átomo se deve a forças de ordem elétrica entre núcleo e eletrosfera e por esta razão uma convenção estabeleceu que:

• Os prótons possuem carga elétrica positiva;

• Os elétrons possuem carga elétrica negativa;

• Os nêutrons não tem carga.

• Como os elétrons estão espalhados ao redor do núcleo por regiões denominadas “Camadas”, afirma-se que elétrons mais próximos ao núcleo sofrem uma forma maior de atração enquanto que os elétrons mais distantes sofrem menor força de atração.

• Os elétrons mais distantes podem, eventualmente, ao receberem uma energia extra, se desprender do domínio do átomo se tornando um Elétron Livre.

• É a quantidade de elétrons livres presentes no material que o caracteriza como condutor, isolante e semicondutor.

Carga Elétrica

• A carga elétrica é resultado da quantidade de elétrons e prótons presentes no átomo.

• A carga elétrica de uma única partícula é dada por:

qe = 1,6 x 10-19 (Coulomb)

• Esta carga é dita elementar (qe) e é:

Positivo para Prótons (+qe) e Negativo para Elétrons (-qe).

• Quando em um átomo a quantidade de elétrons for igual a quantidade de prótons, este átomo é dito neutro.

• Isso é igualmente verdade para objetos maiores, constituídos de incontáveis átomos.

• A carga elétrica será equivalente a quantidade de partículas presentes no material.

• Logo:

Q = n x q (C)

Onde: Q = Carga Elétrica (dada em Coulomb); n = Quantidade de Partículas (prótons

ou elétrons); qe = Carga elementar; • Quando em um objeto o saldo de cargas

elétricas não for nulo, ou seja, Qp + Qe ≠ 0, significará que este objeto está eletrizado.

• Havendo esta carga líquida positiva ou

negativa, fenômenos de ordem eletrostática ocorrerão ao redor deste objeto.

Eletricidade Estática

• Definição:

“A eletricidade estática (eletrostática) estuda os efeitos produzidos por cargas elétricas em repouso”.

• Ocorre pela deficiência ou excesso de elétrons presentes nos objetos.

• Características da Eletrostática:

- Possui pouca aplicação prática, exceto em sistemas de proteção;

- Sua produção e controle são pouco tangíveis;

- Para eletrizar objetos, três são os processos de eletrização a saber:

Processos de Eletrização

• Eletrização por Atrito

• Ocorre quando dois materiais são friccionados entre si. Neste processo, elétrons das camadas mais distantes são arrancados de um átomo e transferidos para outro.

• Exemplo: Ao se atritar um bastão de vidro com lã, o bastão torna-se positivo e a lã negativa.

• Agora, um bastão carregado eletricamente pode ser utilizado para eletrizar outros objetos apenas pelo contato.

• Eletrização por Contato

• Decorre do contato propriamente dito realizado entre um objeto carregado e outro eletricamente neutro. As cargas em excesso tendem a se equilibrar entre os objetos.

• Nos aviões é comum a tendência de acumular cargas na fuselagem devido ao atrito do avião com o ar.

• Para evitar descargas sobre pessoas após o pouso, contatos localizados nos trens de pouso ajudam a dissipar as cargas elétricas.

• Eletrização por Indução

• É aquela que ocorre pela influência de um objeto carregado próximo a outro eletricamente neutro.

• Neste processo não há contato entre os objetos.

• Corpo sendo eletrizada por indução a partir de uma esfera carregada:

Princípio Fundamental da Eletrostática – Aula 2

• As cargas podem ser positivas, negativas e neutras;

• Cargas de sinais diferentes se atraem; • Cargas de mesmo sinal se repelem;

Campo Eletrostático

• É um campo de força criado em torno do corpo carregado;

• É representado por linhas de força; • As linhas de força ajudam a explicar como é o

campo eletrostático; • Pelas linhas de força são atribuídas ao campo

direção, sentido e intensidade.

Carga de Prova

• Carga de prova é uma carga elétrica tão pequena que não é capaz de modificar significativamente o campo elétrico produzido por outra carga maior;

• A carga maior é denominada carga fonte (Q) e a carga menor é denominada carga de prova (+q);

• A carga de prova serve para “testar” o campo eletrostático da carga fonte;

• A Carga de Prova é arbitrariamente Positiva (+q);

Observe os casos:

1.°) Carga fonte Positiva próxima a uma carga de prova Positiva;

2.°) Carga fonte Negativa próxima a uma carga de prova Positiva;

• Observe que o sentido de deslocamento da carga de prova indica o sentido do campo.

• Então, por convenção tem-se que:

- Nas cargas positivas o campo elétrico “Sai”;

- Nas cargas negativas o campo elétrico “Entra”;

Havendo um dipolo (+Q) e (-Q)

• As linhas se estendem da carga positiva

para a carga negativa tal como as linhas de campo de um ímã de pólos Norte e Sul.

Havendo duas cargas de mesmo sinal

• Sejam estas cargas de mesmo sinal positivas ou negativas, as linhas de força se repelem sem entrarem em contato.

Características das linhas de força

• As linhas não se cruzam;

• São contínuas;

• A intensidade do campo elétrico é tanto maior quanto mais concentradas estão as linhas de força;

Distribuição de Cargas

• Considere inicialmente dois tipos de corpos: Superfície Regular e Superfície Não Regular;

• Corpos que possuem uma superfície regular, oferecem uma resistência uniforme em sua superfície que resulta em uma distribuição uniforme de cargas (elétrons);

• As distribuições uniformes ocorrem comumente em discos, anéis e esferas, tal como o exemplo a seguir:

• Já a distribuição de cargas num objeto de

forma irregular é diferente. A maior concentração de carga dá-se nas extremidades, ou áreas de curvatura mais acentuada. Este fenômeno é denominado “Poder das Pontas”.

Poder das Pontas

• A carga elétrica de um corpo distribui-se apenas pela superfície exterior do corpo e concentra-se nas zonas mais pontiagudas, rarefazendo nas restantes;

• Na proximidade dos corpos existem sempre no ar moléculas ionizadas que trocam cargas com os objetos;

• A origem está relacionada com a facilidade encontrada pelo corpo em trocar cargas com partículas ionizadas presentes no ar nas regiões agudas;

Por Que a Eletricidade Estática é Relevante na Aviação?

• Devido aos efeitos que a eletricidade estática pode ter sobre as operações e procedimentos de manutenção;

• Devido a interferência que esta pode produzir

sobre os sistemas de comunicação, navegação e telemetria;

• Não se pode ignorar o fato de que a aeronave

(fuselagem) carrega consideráveis níveis de carga estática quando em deslocamento através da massa de ar;

• Na prática, inúmeros são os cuidados adotados para minimizar ou anular os efeitos da eletricidade estática:

• As peças da aeronave precisam ser "unidas“ ou ligadas entre si para prover um caminho de baixa resistência para a descarga estática;

• Equipamentos de rádio precisam ser blindados;

• Cargas estáticas precisam ser consideradas no reabastecimento da aeronave para prevenir possível ignição do combustível, sendo necessário para isso aterrar a estrutura da aeronave;

• (vídeo);