eletricidade e medidas elet - formare.org.br · que o aluno conheça os fundamentos do...
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EElleettrriicciiddaaddee ee MMeeddiiddaass EEllééttrriiccaass
EletroeletrônicaOperador de Montagem de Placas Eletrônicas
Coordenação do ProgramaBeth Callia
Supervisão PedagógicaAlfredo Vrubel
ColaboraçãoZita Porto Pimentel
Autoria deste CadernoAldo Santos Pereira
Revisão de textoNONONON
Produção gráficaMDcomunicaçãototal
R. Heitor Penteado, 10305437-000 São Paulo SP
www.md.com.br
EditoraçãoLASER PRESS
Av. Goethe, 71/80690430-100 Porto Alegre, RS
ApoioMEC - Ministério da Educação
PROEP - Programa de Expansão daEducação Profissional
Realização
Al. Tietê, 618 casa 101417-20 São Paulo SP
www.formare.org.br
Iniciativa
5
O Programa Formare tem a missão de desenvolver as
potencialidades de jovens de 15 a 17 anos para integrá-los à
sociedade como profissionais e cidadãos. Constituído por escolas
independentes, localizadas junto às unidades fabris das empresas
parceiras, sob a coordenação geral e técnica da Fundação Iochpe,
oferece oportunidade de formação profissional e de inserção social.
Os alunos Formare, residentes em comunidades vizinhas às
empresas, são encaminhados ao mercado de trabalho e
acompanhados em seu período inicial de atividade.
As primeiras escolas foram criadas pela Iochpe-Maxion S.A., em
1988, no Rio Grande do Sul e em São Paulo. A partir de 1995, o
Programa passou a buscar o aperfeiçoamento dos cursos oferecidos
e o crescimento em âmbito nacional, em um processo comparável à
lapidação de uma pedra bruta para transformá-la em puro
diamante.
Como modelo vitorioso de franquia social, o Formare já se encontra
com mais de duas dezenas de escolas implantadas no Brasil e na
Argentina. Cerca de 85% dos jovens formados empregaram-se em
pequenas, médias e grandes empresas, triplicaram sua renda em
três anos, e muitos prosseguiram seus estudos até o nível superior.
Os cursos e materiais pedagógicos Formare são estruturados de
acordo com as linhas do Programa de Expansão da Educação
Profissional do Ministério de Educação (PROEP/MEC), bem como
dos princípios da educação tecnológica contemporânea. Assim, os
cursos Formare ajudam a desenvolver características essenciais para
um bom desempenho profissional: multifuncionalidade,
flexibilidade, comunicabilidade, responsabilidade e criatividade,
com base em pesquisa para identificar as carências e necessidades
do mundo do trabalho nas regiões em que as escolas são
implantadas.
FFoorrmmaarree -- UUmmaa EEssccoollaa ppaarraa aa VViiddaa
IInnttrroodduuççããoo
7
A introdução ao mundo da eletrônica industrial, objeto deste caderno
Formare, compreende oito capítulos temáticos, seguidos de glossário
e bibliografia.
O Capítulo 1, sobre normas para trabalho em laboratório e fábrica,
revela as exigências básicas de conduta e de segurança no ambiente
de trabalho.
O Capítulo 2 aborda o Sistema Internacional de Unidades,
aproximando o aluno dos termos, unidades e grandezas utilizados na
área de eletromecânica.
Os circuitos elétricos são tratados no Capítulo 3, que apresenta ao
aluno os primeiros modelos, os elementos básicos de um circuito e os
equipamentos de medição. O primeiro circuito simples é decomposto
em seus diversos componentes.
Na seqüência, no Capítulo 4, são relacionados os principais
instrumentos de medida: o multímetro e o osciloscópio.
O Capítulo 5 traz informações sobre o capacitor, componente
largamente utilizado em eletrônica, apresentado desde sua operação
até a identificação dos tipos mais comuns.
O objetivo do Capítulo 6, também sobre circuitos elétricos, é
conduzir o aprendiz ao cálculo de circuitos simples. Os primeiros
circuitos apresentados são descritos de forma analítica.
No Capítulo 7, sobre eletromagnetismo e transformadores, são
enfocados os conceitos básicos da área, uma vez que é necessário
que o aluno conheça os fundamentos do eletromagnetismo para que
possa compreender o funcionamento dos transformadores.
O Capítulo 8, finalmente, busca tornar o aluno capaz de analisar
circuitos simples, em corrente alternada e corrente contínua,
introduzindo suas principais características por meio de fórmulas
matemáticas.
8
Estudaremos também o processo de soldagem MIG/MAG. Os
primeiros trabalhos nesse sentido foram feitos com gás ativo em peça
de aço, no início de 1930. O processo era inviável e, somente após a
2ª Guerra Mundial, foi possível implementá-lo - primeiro para
soldagem de magnésio e suas ligas e, em seguida, para os outros
metais, sempre com gás inerte. Algum tempo depois, o gás CO2 foi
introduzido no lugar do argônio, parcial ou totalmente, na soldagem
de aço carbono. Em relação à soldagem MIG/MAG, apresentaremos
fundamentos do processo, equipamentos, execução e aplicações
industriais.
Para os diversos processos de soldagem, foram previstos exercícios
para consolidar informações importantes ou orientar a seqüência de
procedimento em atividades práticas. Para os exercícios propostos, é
apresentado um gabarito ao final do caderno.
Com este material, o aluno Formare terá um conjunto de informações
seqüenciadas que lhe permitirão entender a soldagem como processo
de fabricação para que possa iniciar sua prática aplicando a
tecnologia mais adequada.
NOTA:
Foi adotada a convenção (*) para marcar as palavras e termos que
aparecem no Glossário, com sua conceituação ou exemplificação.
9
1. NORMAS PARA TRABALHO EM LABORATÓRIO/FÁBRICA 111.1 – Segurança no trabalho 121.2 – Posturas físicas, ética e profissional 141.3 – Manuseio de ferramentas 16
2. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) 192.1 – Estrutura do SI 202.2 – Prefixos do SI 27
3. CIRCUITO ELÉTRICO, CC E CA 313.1 – Circuito elétrico 323.2 – Lei de Ohm; associação e codificação de resistores 343.3 – Gerador elementar 383.4 – Curto-circuito 41
4. MULTÍMETRO DIGITAL E OSCILOSCÓPIO 474.1 – Multímetro digital 484.2 – O osciloscópio 50
5 CAPACITORES 59
6 CIRCUITOS ELÉTRICOS 71
7 ELETROMAGNETISMO E TRANSFORMADOR 817.1 – Campo Magnético – ímãs – condutores em campo magnético – eletroímã 827.2 – Motores Elétricos 847.3 – Transformadores 87
8 ANÁLISE DE CIRCUITOS 91
9 BIBLIOGRAFIA 97
10 GLOSSÁRIO 101
11 RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS 105
ÍÍnnddiiccee
1NNoorrmmaass ppaarraa ttrraabbaallhhoo eemmLLaabboorraattóórriioo // FFáábbrriiccaa
1.1 – Segurança no trabalho
1.2 – Posturas físicas, ética e profissional
1.3 – Manuseio de ferramentas
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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1.1 SEGURANÇA NO TRABALHO
O setor eletroeletrônico subdivide-se em um imenso leque de
ações.Elas apresentam grau de risco variado, desde atividades de
mínimo risco até as que recebem grau máximo de periculosidade.
Um operador de montagem de placas eletrônicas não se expõe a
riscos muito grandes e, em geral, esse trabalho não recebe nenhum
adicional de periculosidade ou insalubridade.
No entanto, qualquer atividade pode apresentar riscos se não forem
seguidos alguns procedimentos mínimos de segurança. No caso de
laboratórios e indústrias existe sempre uma lista deles a serem
seguidos e outros que devem ser evitados.
Condições físicas de laboratórios e indústrias.
1 Saídas condizentes com o número de funcionários em cada sala;Evitar: Saídas com portas ou escadas estreitas; uso de corredores como depósito de materiais (em especial inflamáveis); portas de saídas de emergência trancadas.
2 Iluminação condizente com a atividade desenvolvida, dando preferência à luz natural.Evitar: ambientes pouco iluminados, em ambientes amplos evitar regiões mal iluminadas.
3 Equipamentos de incêndio compatíveis com as atividades desenvolvidas, extintores apropriados a cada tipo de combustível, devidamente identificados e carregados.
4 Ambiente bem ventilado, com preferência à ventilação natural sobre a forçada.
ATITUDES DEFENSIVAS DO OPERADOR DE MONTAGEM
DE PLACAS ELETRÔNICAS.
As atitudes do operador devem pautar-se por sua segurança e de
seus colegas de trabalho.
1NNoorrmmaass ppaarraa ttrraabbaallhhoo eemm LLaabboorraattóórriioo // FFáábbrriiccaa
Quando a empresa não oferece cursos de segurança no trabalho, o
técnico deve ser capaz de identificar alguns pontos e atividades de
risco. Alguns podem ser citados facilmente:
- Sistema elétrico em geral, tomadas e fios expostos podem oferecer riscos de choque ou incêndio.
- Aparelho de solda branda. Têm pelo menos um ponto de alta temperatura (algumas centenas de ºC) e podem representar risco de queimaduras ou até mesmo incêndio.
- Aparelhos de solda branda em larga escala (solda onda). Em geral, trabalham com maiores quantidades de energia e por isso apresentam maiores riscos, além de exalarem gases tóxicos.
- Componentes eletrônicos podem possuir contatos pontiagudos ou cortantes que representam risco de pequenos acidentes. Cuidado extra deve ser tomado ao cortar com alicate adequado possíveis excessos, pois com o corte pedaços do material podem ser lançados em direção aos olhos do operador.
- As ferramentas utilizadas pelo operador podem representar riscos graves. Nenhuma ferramenta, em especial as pontiagudas ou cortantes, devem ser forçadas contra o operador ou ajudante.
- São comuns os casos em que o operador apóia uma peça na mão e a pressiona com uma chave de fenda que, ao escapar, perfura e até mesmo atravessa sua mão.
- Em qualquer indústria ou laboratório, o operador deverá usar os cabelos curtos ou presos, evitar o uso de colares, pulseiras, anéis, brincos, além de qualquer objeto metálico preso ao corpo e pendente (alguns tipos de piercing).
A roupa deve deixar o operador à vontade e com liberdade de
movimento, sendo as de fibras algodão melhores do que as de
fibras sintéticas. Gravatas devem ser evitadas ou presas à roupa.
Em caso de acidente, o que fazer?
1 Manter a calma;2 Chamar socorro;3 Identificar o tipo de acidente, queimadura, trauma ou
choque elétrico;4 No caso de choque elétrico, procurar desacionar o sistema
elétrico através de disjuntores ou desligar o equipamento da tomada. Jamais tocar na vítima sem desligar a energia.
5 Atender a vítima, se conhecedor de primeiros socorros, ou aguardar socorro mantendo a vítima confortável.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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1.2 POSTURAS FÍSICAS, ÉTICA E PROFISSIONAL
De um profissional do setor eletro-eletrônico, é esperada uma
exemplar postura profissional e pessoal. O operador deve
comportar-se como um cidadão e cumprir suas obrigações
profissionais. Assim, poderá exigir do empregador, condições de
igualdade, parceria e respeito mútuo.
Deve obedecer a hierarquia da empresa e encaminhar suas
sugestões ou demandas aos setores pertinentes.
Executar suas tarefas com qualidade, maturidade, rapidez e
segurança.
Manter sigilo de segredos industriais ou estratégias da empresa em
relação à concorrência.
Procurar o desenvolvimento profissional e ascensão na carreira
através do trabalho, da honestidade, do aperfeiçoamento
educacional, da participação de atividades em grupo,
demonstrando espírito de liderança ou de equipe.
Com relação à postura física é sempre bom lembrar que o
organismo humano é adaptado para uma vida não sedentária,
portanto, toda a postura estática tende a agredir o organismo.
No caso de trabalho em pé, procurar deixar a coluna alinhada e
apoiar-se nos dois pés igualmente. Evitar posicionamento lateral que
force o rosto a ficar voltado à direita ou à esquerda.
Fig. 1.2.2 – Evite dobrar o corpo quando,estando em pé, realizar um serviço sobreuma prancha ou mesa.
Fig. 1.2.1.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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Procure mover-se em intervalos de tempos regulares. Ginástica
postural é recomendada e pode ser ministrada por profissional
de Educação Física habilitado.
No caso de trabalho sentado procure também manter a coluna
na vertical ou devidamente apoiada. Procure apoiar os braços na
bancada de trabalho. Os pés devem estar apoiados, nunca
pendentes. Procure levantar-se pelo menos uma vez a cada hora.
Felizmente o organismo avisa quando está sendo agredido. Procure
ficar em uma posição confortável, em pé ou sentado. Quando uma
posição se torna incômoda é porque ela passou a ser prejudicial e
pode provocar dores ou lesões.
Outra fonte de preocupação consiste na forma correta de erguer e
deslocar pesos, muito embora no setor eletroeletrônico essa
atividade não seja comum.
Ao erguer ou baixar pesos o profissional deve dobrar os joelhos e
manter a carga próxima ao tronco, realizando o esforço maior com
as pernas, evitando que a coluna se dobre.
Para deslocar pesos é importante aproximar a carga do tronco,
curvando-o levemente para trás até encontrar o equilíbrio, evitando
o esforço na coluna.
É importante jamais exceder a sua capacidade de carga e, sempre
que possível, utilizar carrinhos para transportar cargas.
Fig. 1.2.4 – Evite levantar pesos do chãoacima de 20% do seu peso corporal.Abaixe-se como um halterofilista. Nãocoloque pesos acima da cabeça emprateleiras altas.
Fig 1.2.5 – Para não sobrecarregar osmúsculos que devem equilibrar ascostas: 1) divida o volume em dois (umem cada mão); 2) Use sapatos comsaltos nem muito altos nem muitobaixos e não se curve. Não carreguebolsas ou pastas pesadas inutilmente,durante o dia todo.
Fig. 1.2.3.
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1.3 MANUSEIO DE FERRAMENTAS
Em seu trabalho, o operador de montagem de placas eletrônicas,
geralmente utiliza kit de ferramentas que está sob sua
responsabilidade. Cabe a ele zelar e fazer bom uso do material.
Chaves de fenda e Philips são ferramentas bastante simples de
serem mantidas em boas condições. É importante lembrar que, em
geral, essas chaves foram desenvolvidas para apertar ou afrouxar
parafusos de fenda ou Philips. Portanto, o uso das chaves como
formão, alavanca, talhadeira, espátula ou furadeira, mesmo que
demonstre a versatilidade dessas ferramentas, não é recomendado.
Também devem ser seguidas as recomendações de segurança em
relação ao uso, vistas anteriormente.
Alicates: Dividem-se em universais, de bico e de
corte.
Os alicates em geral são máquinas simples que
nos permitem obter vantagem mecânica, pois
podem segurar, apertar ou cortar objetos com
força superior à aplicada. E, por isso, podem danificar-se ou
quebrar, com alguma facilidade, se forem forçadas demais.
Pinças: Ao contrário dos alicates, as pinças atenuam a força
aplicada, por isso são feitas para atividades que exijam delicadeza.
Jamais utilize uma pinça para fazer força. Ela se danificará.
Ferro de solda: É um equipamento elétrico que exige alguns
cuidados especiais no manuseio. A ponta do ferro é suficientemente
quente para derreter o isolante do cabo elétrico do ferro se houver
contato entre eles, deixando exposto o condutor* e causando risco
de choques elétricos.
Para aumentar a durabilidade da ponteira do ferro de solda, essa
deve ser constantemente limpa com uma esponja vegetal umedecida
com água.
Depois da utilização das ferramentas, essas devem ser conferidas,
limpas e guardadas até o próximo uso.
Fig. 1.3.1.
Fig. 1.3.3.
Fig. 1.3.4.
Fig. 1.3.2.
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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
1.1 No caso de choque elétrico em um companheiro detrabalho. O que fazer?
a ) Manter a calma;b ) Chamar socorro;c ) Procurar desacionar o sistema elétrico.
1.2 Qual a diferença entre pinças e alicates?
Os alicates são projetados para obtenção de uma vantagem
mecânica, as pinças são projetadas para que se trabalhe com
mais precisão.
1.3 Como devem ser erguidos pesos?
Dobrando os joelhos e fazendo força com as pernas, não
com o tronco.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1.4 Pesquise os tipos de extintores de incêndio parainstalações eletroeletrônicas.
1.5 Desenhe a forma correta de transportar peso.
1.6 Pesquise e entreviste pelo menos uma pessoa quetenha sofrido um choque elétrico e peça para explicar oque ela sentiu. Compartilhe com os colegas.
1.7 Por que não se deve usar cabelos compridos soltos emum laboratório ou indústria?
1.8 Por que devemos preferir roupas de algodão e nãoroupas sintéticas?
EExxeerrccíícciiooss
1.9 Avalie as condições de trabalho em sua sala de aula oulaboratório em relação aos itens físicos e suas atitudesdefensivas.
Faça um breve relatório.
1.10 Dramatize uma situação de acidente de trabalho emseu laboratório, com um grupo de colegas. Em grandegrupo discuta a situação sob os aspectos de socorro eprevenção de acidentes, determinando atitudes positivas enegativas.
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2SSiisstteemmaa iinntteerrnnaacciioonnaall ddee
UUnniiddaaddeess ((SSII))2.1 – Estrutura do SI
2.2 – Prefixos do SI
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2.1 ESTRUTURA DO SI
Hoje existe um sistema padrão de unidades, reconhecido no mundo
inteiro, porém, nem sempre foi assim. Conforme Bonjorno (ref. 1)
até meados do século XX eram usadas diferentes unidades de
medida ou padrão.
Observe, nos quadros, alguns desses padrões e os países em que
eram utilizados.
Como cada país fixava seu próprio padrão, as relações comerciais
e as trocas de informações científicas entre as nações tornavam-se
muito difíceis.
Para resolver os problemas oriundos desse fato, foram criados
padrões internacionais.
Surgiu, assim, o Sistema Internacional de Unidades (SI).
O SI estabelece sete unidades de base, cada uma delas
correspondente a uma grandeza.
2 SSiisstteemmaa iinntteerrnnaacciioonnaall ddee UUnniiddaaddeess ((SSII))
Inglaterra e Estados Unidos
China
Rússia
Nome da Unidade
jarda - polegadas
tsun - jin
versta
Valor Aproximado em Metros (m)
0,914 - 0,025
0,06 - 58,8
0,66
Inglaterra e Estados Unidos
China
Egito
Nome da Unidade
libra - onça
pecul
rotolo
Valor Aproximado em Quilogramas (kg)
0,45 - 0,028
71
0,69
Unidade de Comprimento
Unidade de Massa
O SI é também denominado MKS, onde as letras M, K, S
correspondem às iniciais de três unidades do SI:
Existem ainda dois outros sistemas, o CGS e o MKgfS:
O correto é usarmos apenas as unidades do SI, mas é comum o
emprego, em algumas situações, das unidades dos sistemas CGS e
MKgfS.
OBSERVAÇÕES IMPORTANTES:
1 Quando escritas por extenso, as iniciais das unidades devem ser sempre minúsculas, mesmo que sejam nomes de pessoas. Exemplo: metro, newton, quilômetro, pascal etc.
2 A unidade de temperatura da escala Celsius, o grau Celsius, é a única exceção à regra. Neste caso, utilizamos a letra maiúscula.
3 Os símbolos representativos das unidades também são letras minúsculas. Entretanto, serão maiúsculas quando estiverem referindo-se a nomes de pessoas.
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MKS
Comprimento
m
Massa
Kg
Tempo
s
Unidade
Símboloampère
A
newton
N
pascal
Pa
metro
m
CGS
MKgfS
Comprimento
cm
m
Massa
g
u.t.m.(*)
Tempo
s
s
(*) u.t.m. = unidade técnica de massa
Grandeza
Comprimento
Massa
Tempo
Intensidade de corrente elétrica
temperatura termodinâmica
quantidade de matéria
intensidade luminosa
Unidade
metro
quilograma
segundo
ampère
kelvin
mol
candela
Símbolo
m
kg
s
A
K
mol
cd
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4 Os símbolos não se flexionam quando escritos no plural. Assim, para indicarmos 10 newton, por exemplo, usamos 10 N e não 10 Ns.
5 As unidades de base, combinadas, formam outras unidades, denominadas unidades derivadas, que serão estudadas no decorrer do desse curso.
Grandeza Física Corrente Elétrica:
Definição: movimento ordenado de elétrons devido à ação de um
campo elétrico.
Sentido da corrente elétrica em nos condutores sólidos, o sentido da
corrente elétrica é o sentido do movimento dos elétrons em seu
interior. Esse é o sentido real da corrente elétrica.
No estudo da eletricidade adota-se o sentido convencional, que é o
do movimento das cargas positivas, e que corresponde ao sentido
do campo elétrico E, no interior do condutor.
Fig. 2.1.1.
Fig. 2.1.2.
Fig. 2.1.3.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
23
Obs: note que a letra “A” (maiúscula) é o símbolo da unidade
ampère, enquanto a letra “i” (minúscula) é o símbolo da grandeza
Corrente Elétrica.
Grandeza Física Carga Elétrica
A carga elétrica é uma grandeza física que está relacionada com a
quantidade relativa de prótons e elétrons em um determinado corpo.
Quando estes números estão igualados, o corpo não apresenta
carga, está neutro. Porém, quando existe diferença entre o número
de prótons e elétrons o corpo se encontra carregado.
Definição: A grandeza física carga elétrica pode ser definida como
o número de prótons ou elétrons que o corpo possui a mais. Na
verdade, atribui-se um valor para carga de um elétron e um próton,
carga elementar, e multiplica-se este valor pelo número de cargas a
mais.
O valor da carga Elementar é:
Então:
Obs: A carga de um corpo sempre será um múltiplo da carga
elementar.
Grandeza Tensão Elétrica
É o trabalho realizado pela força elétrica para deslocar uma carga
elétrica de um ponto a outro.
Grandeza
Corrente Elétrica
Símbolo da Grandeza
I
Unidade Utilizada
ampère
Símbolo da Unidade
A
Grandeza
Carga
Símbolo da Grandeza
Q
Unidade Utilizada
coulomb
Símbolo da Unidade
C
A carga do elétron é -1,6.10 -19 C e a carga do próton é 1,6.10 -19 C.
e = 1,6.10 – 19 C
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
24
1 volt = 1 joule/1 coulomb
Grandeza Intensidade De Campo Elétrico
O campo elétrico corresponde à região do espaço que se encontra
sob a influência de carga elétrica. Em cada ponto desta região
encontram-se diferentes intensidades de campo elétrico. Elas são
determinadas a partir da força elétrica que surge sobre uma carga,
chamada de prova, colocada em cada ponto da região.
1 N/C Corresponde a 1 N de força elétrica que age sobre cada
1 Coulomb de carga sob ação do campo elétrico.
Grandeza
Tensão
Símbolo da Grandeza
V
Unidade Utilizada
Volt
Símbolo da Unidade
V
Grandeza
Campo Elétrico
Símbolo da Grandeza
E
Unidade Utilizada
Newton por Coulomb
Símbolo da Unidade
N/C
Fig. 2.1.4.
Fig. 2.1.5.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
25
O campo elétrico em si é uma grandeza que possui
direção e sentido.
Sentido depende do sinal da origem do campo.
Direção a mesma que une o ponto a origem do campo.
Resistência Elétrica
A resistência elétrica mede a oposição que os átomos de um
material oferecem à passagem da corrente elétrica.
Grandeza Resistividade Elétrica
É uma característica intrínseca do material.
Está associada à variação da resistência elétrica de um material
para outro.
A grandeza resistividade elétrica sofre variação com a temperatura.
Grandeza Física Capacitância
Os condutores possuem a capacidade de armazenar cargas
elétricas, porém, com dificuldade. Para armazenar cargas
razoáveis, assumem potenciais muito altos que facilitam a
descarga*.
Grandeza
Resistência
Símbolo da Grandeza
R
Unidade Utilizada
Ohm
Símbolo da Unidade
Ω
Grandeza
Resistividade
Símbolo da Grandeza
P
Unidade Utilizada
Ohm vezes metros
Símbolo da Unidade
Ω . m
1Ω . m = 1V . 1m1A
1Ω = 1 volt/1 ampère
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
26
Utilizando-se dois condutores de geometria especial separados por
um meio isolante é possível ampliar em muito esta capacidade.
Basicamente, esse é o princípio de construção dos capacitores
(serão estudados no capítulo V).
Portanto, a grandeza capacitância elétrica é o quanto um condutor
pode armazenar de carga por unidade de tensão elétrica.
Grandeza Intensidade de Campo Magnético
O campo magnético é uma região do espaço sob a influência de um
dipólo magnético.
A grandeza intensidade de campo magnético está relacionada com
a força de origem magnética, que surge sobre uma carga elétrica
em movimento perpendicular ao campo, em um ponto da região de
influência desse.
Outra possibilidade é definir o campo a partir da corrente que, ao
circular em um fio, provoca o aparecimento desse campo em um
ponto.
Grandeza
Capacitância
Símbolo da Grandeza
C
Unidade Utilizada
Farad
Símbolo da Unidade
F
Grandeza
Campo Magnético
Símbolo da Grandeza
B
Unidade Utilizada
Tesla
Símbolo da Unidade
T
1F = 1coulomb1volt
1T = 1 . 10 -7 A = 1N1mo 1C . 1m/s
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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2.2 PREFIXOS DO SI
Dependendo do valor da medida em uma determinada unidade é
justificável a utilização de múltiplos e submúltiplos dessa unidade.
O Sistema Internacional de Unidade (SI) prevê a forma de
representar estes múltiplos e submúltiplos. Conforme o
quadro a baixo.
Prefixo
tera
giga
mega
quilo
hecto
deca
deci
centi
mili
micro
nano
pico
Símbolo
T
G
M
k
h
da
d
c
m
µ
n
p
Fator pelo qual a Unidade é Multiplicada
1012
109
106
103
102
101
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
2.1 – Como poderia ser expresso a tensão de 220V em, nomínimo, um múltiplo e um submúltiplo?
2.2 – Se num condutor circulam 3A determine o número deelétrons que circularão em 2s?
1 A = 1 C/s, onde 1C = 6,25 x 1018 elétrons
então 3A = 3C/s e 3A. 3s = 3C/s. 3s = 6C
Em números de elétrons temos:
6,25 x 1018 x 6 = 3,75 x 10-19 elétrons
2.3 – Qual das unidades usadas em eletricidade eapresentadas neste capítulo é uma unidade base?
Ampère
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
2.4 – Preencha o quadro a seguir corretamente:
EExxeerrccíícciiooss1000 mV = 1V x = 1000 . 220 = 220.000 R: 220.000 mV
x mV = 220V
1000 V = 1 KV x = 220 . 1 = 0,22 R: 0,22 KV
220 V = x KV
1
1000
Grandeza
Corrente Elétrica
Resistência Elétrica
Símbolo da Grandeza
Q
B
Unidade Utilizada
Volt
Símbolo da Unidade
T
F
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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2.5 – Qual a diferença entre resistividade e resistência?
2.6 – O que é MKS?
2.7 – O que significam os prefixos que acompanham asunidades do SI?
2.8 – A potência consumida por um chuveiro elétrico éigual a 4750W. Expresse essa potência em KW.
2.9 – Converta sua altura em unidades inglesas eamericanas, chinesa e russa.
2.10 – Procure nos equipamentos elétricos, do laboratórioe de sua casa, as etiquetas onde estão estampadas as suascaracterísticas elétricas. Anote e compare os valores dosdiversos equipamentos. Pelas unidades adotadas determinea grandeza à qual cada valor se refere.
Leitura Recomendada:
Física Fundamental – Novo: volume único. Bonjorno & Clinton. (Item
1 da Bibliografia.)
3CCii rrccuuii ttooEEllééttrriiccoo,, CCCC ee CCAA
3.1 – Circuito elétrico
3.2 – Lei de Ohm; associação e codificação de resistores
3.3 – Gerador elementar
3.4 – Curto-circuito
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
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3.1 CIRCUITO ELÉTRICO
Agora analisaremos um circuito elétrico elementar, constituído de
pilha, condutor, interruptor e lâmpada. Apresentaremos as
características de cada um de seus elementos e sua conceituação,
comparando-o com a um sistema hidráulico, para a melhor
compreensão do aluno.
Elementos de um circuito elétrico
No circuito abaixo aparecem diversos elementos que apresentam
algumas grandezas elétricas.
O que acontece quando se fecha a chave CH1?
É possível observar o acendimento da lâmpada L. É possível explicar
facilmente o que está se processando no circuito a partir das
grandezas apresentadas no capítulo anterior.
A Fonte
Na fonte existe a tensão elétrica entre seus pólos, também chamada
de diferença de potencial, que é medida em volts (V). A fonte atua
de maneira análoga a uma bomba de água, acelerando cargas
elétricas de um pólo para outro em um único sentido (exemplo da
pilha). É comum a idéia equivocada de que a fonte cria cargas
3CCiirrccuuiittoo EEllééttrriiccoo,, CCCC ee CCAA
Fig. 3.1.1
Fig. 3.1.2
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33
elétricas ou ainda que armazena cargas elétricas como se fosse uma
caixa d’água (na comparação hidráulica).
Na fonte existe a transformação de uma forma de energia (neste
caso a energia química) em energia elétrica.
Lâmpada
A lâmpada apresenta a grandeza resistência elétrica medida em
ohms (símbolo do ohm). Ela pode ser considerada um resistor, que
é o elemento de circuito elétrico que apresenta a grandeza
resistência elétrica. Comparando com um sistema hidráulico,
corresponderia a um estreitamento no cano.
Fios
Os fios condutores são um meio de baixa resistência à passagem da
corrente elétrica por serem feitos de material de baixa resistividade.
Correspondem, em um sistema hidráulico, aos canos que conduzem
a água.
A chave
É um elemento de manobra do circuito, responsável pela abertura
ou fechamento do mesmo. Em um sistema hidráulico corresponderia
a um registro de esfera que, ou abre a passagem de água
totalmente, ou a restringe completamente.
A corrente elétrica no circuito.
Quando a chave CH1 está fechada se estabelece no circuito uma
corrente elétrica, isto é, um movimento ordenado de cargas elétricas
devido à diferença de potencial existentes entre os pólos da fonte F.
É possével fazer a analogia da corrente elétrica com o fluxo de água
em um circuito hidráulico fechado, conforme o esquema abaixo.
Fig. 3.1.3
Fig. 3.1.4
Fig. 3.1.5
Potência Elétrica
É o produto entre a tensão elétrica e a corrente elétrica.
Corresponde ao trabalho que pode ser realizado pela energia
elétrica na unidade de tempo.
P = V. i
P _ potência elétrica
V _ tensão
I _ corrente elétrica
Unidade da potência elétrica: Watt (W)
Circuito elétrico
Corresponde a um conjunto de elementos elétricos interligados onde
exista a possibilidade da passagem de corrente elétrica. Daí vêm os
conceitos de circuito aberto, no qual não circula corrente elétrica;
de circuito fechado, onde a corrente elétrica está estabelecida.
3.2 LEI DE OHM; ASSOCIAÇÃO E CODIFICAÇÃO DERESISTORES.
A lei de Ohm
A relação entre corrente e tensão aplicadas aos resistores fixos foi
estudada pelo físico e matemático alemão, George Simon Ohm,
cujas conclusões resultaram na chamada lei de Ohm:
“A intensidade da corrente elétrica em um circuito aumenta quando
a tensão é aumentada, e diminui quando a resistência é
aumentada”.
Ou ainda:
“A intensidade da corrente é diretamente proporcional à tensão e
inversamente proporcional à resistência”.
i = V
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R
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35
Obs: A lei de Ohm vale somente para resistores fixos, cujos valores
se mantêm estáveis, e por isso, são chamados de “ôhmicos”.
Resistores
Os resistores, como já foi visto, são elementos de circuito elétrico que
apresentam resistência elétrica.
São simbolizados nos diagramas elétricos pelo símbolo abaixo e se
apresentam conforme a figura 3.8
Associação de resistores
Os resistores podem ser associados em série, paralelo, ou de
maneira mista, com objetivo de resultar em um valor de resistência
equivalente não encontrado no comércio ou não disponível no
momento.
Associação em série
No caso, a resistência equivalente é igual a soma das resistências
associadas.
Req = R1 + R2 + R3
Associação em paralelo
Na associação em paralelo, o inverso da resistência equivalente é
igual à soma dos inversos das resistências.
O que permite simplificações para casos especiais.
Fig. 3.2.1
Fig. 3.2.3
Fig. 3.2.2
1 1 1 1Req R1 R2 R3
____=____=____=____
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36
No caso de apenas dois resistores em paralelo, podemos calcular a
resistência equivalente pela fórmula do produto pela soma.
No caso de resistores iguais, divide-se a resistência pelo nº de
resistores iguais;
Associação mista
Consiste de uma associação composta de, pelo menos, uma
associação de cada tipo, direta ou indireta.
Deve ser solucionado resolvendo-se cada tipo de associação
seqüencialmente.
Por exemplo, na associação da Fig. 3.2.6, à esquerda, os resistores
R1 e R2 estão associados diretamente em paralelo entre si e
indiretamente em série com o resistor R3.
Começamos resolvendo a associação direta em paralelo entre R1 e
R2. O resistor equivalente a essa associação estará diretamente em
série com o resistor R3. Resolvendo a série, encontramos o resistor
equivalente à associação inteira.
Codificação de resistores
É possível gravar facilmente as características dos resistores de naior
dimensão e potência – resistência, potência e tolerância.
Req = R1 . R2R1 + R2
Req = Rno resistores iguais
Fig. 3.2.4
Fig. 3.2.5
Fig. 3.2.6
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37
Os resistores de baixa potência costumam ser muito pequenos,
dificultando esta gravação. Por isso foi inventado o código de cores,
que consiste em anéis coloridos que representam números, conforme
demonstrado na tabela da figura 3.14. Note que existem dois tipos
de código de cores, o de quatro anéis para resistores de alta
tolerância 5% a 10%, e o de 5 anéis para os resistores de baixa
tolerância 1% a 2%.
A tolerância de um resistor é o máximo de diferença que pode existir
entre o valor gravado no resistor e o valor real do resistor.
Curiosidade: as pessoas daltônicas (que possuem distúrbio visual
que dificulta ou impede a identificação das cores) são incapazes de
identificar os valores dos resistores.
Fig. 3.2.7
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
38
3.3 GERADOR ELEMENTAR
Um gerador AC simples
Conforme Mileaf (ref. 6), os geradores AC combinam o movimento
físico e o magnetismo para produzir uma tensão AC. Se um
condutor se move através de um campo magnético de modo a cortar
as linhas de fluxo, é aplicada uma força sobre os elétrons livres no
interior do condutor, fazendo com que eles se movimentem. Como
essa força origina um fluxo de corrente, pode ser considerada uma
fem*, ou tensão. Esse é o princípio básico de funcionamento de um
gerador AC.
A figura mostra o tipo mais simples de gerador AC. Este consiste em
uma única espira de fio, colocada entre os pólos de um ímã
permanente e livre para girar. Conforme a espira gira, ela corta as
linhas de força do campo magnético e produz uma tensão. Na
prática, o gerador possui várias espiras (ao invés de uma só espira),
que são enroladas e constituem o rotor ou a armadura.
Fig. 3.2.8
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
39
Entre os dois extremos da espira temos a tensão produzida. Anéis
de contato e escovas são utilizados para transferir a tensão para um
circuito externo. Os anéis de contato são anéis lisos feitos de
material condutor. Um anel é ligado a cada extremidade da espira
e ambos giram quando a bobina* gira. As escovas estão em contato
com os anéis e para cada anel temos uma escova. As escovas não
se movem, mas permanecem em contato com a superfície dos anéis
enquanto estes giram. Assim, temos entre as escovas, a tensão de
saída do gerador que pode ser facilmente aplicada em um circuito.
Através dessa descrição, podemos verificar que alguma coisa deve
fazer a espira girar para que o gerador funcione. Pode ser água em
movimento, um motor a gasolina, vapor produzido pela queima de
carvão, ou mesmo vapor produzido por um reator nuclear.
Corrente e Tensão Alternada
Na saída de um gerador elementar temos uma tensão alternada.
A tensão alternada é aquela que, ao longo do tempo, varia seu
valor, assumindo valores positivos, negativos e nulos. Um exemplo é
a tensão que chega em nossas casas pela rede de distribuição em
110V, 127V ou 220V conforme a região. A tensão da rede varia
seus valores sessenta vezes a cada segundo. Em um gráfico de
tensão ao longo de tempo teríamos o seguinte:
Fig. 3.3.1
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
40
Quando se conecta a tensão alternada em um circuito, circula uma
corrente alternada.
A corrente alternada é um fluxo ordenado de elétrons que alterna
sua direção nos mesmos intervalos de tempo que a tensão.
A tensão e a corrente alternada são representadas por seus valores
eficazes, Isto é, o valor eficaz é um valor tal que uma corrente
alternada executa o mesmo trabalho que esse valor em corrente
contínua.
O valor eficaz se encontra abaixo do valor de pico de corrente e
tensão.
Fig. 3.2.2
Fig. 3.2.3
ip = iCA 2
Vp = VCA . 2
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41
3.4 CURTO-CIRCUITO
Dois pontos estão em curto-circuito, quando, entre eles, existe uma
resistência próxima de zero, isto é, os dois pontos estão ligados por
um fio.
Praticamente a totalidade da corrente é desviada pelo fio, é como se
os pontos estivessem ligados diretamente. A corrente elétrica tende
a aumentar, geralmente, ultrapassando o limite máximo para o
circuito, danificando-o permanentemente.
Na instalação elétrica convencional, a corrente pode atingir até
centenas de ampères, provocando superaquecimento da fiação e
mesmo um incêndio. Para evitar esse risco as instalações possuem
fusíveis.
Aterramento de Equipamentos
Nos equipamentos elétricos podem surgir, em carcaças metálicas,
tensões elétricas induzidas. Essas podem provocar danos no
equipamento ou risco aos usuários.
Para evitar essas tensões, os aparelhos elétricos possuem, além dos
fios fase* e neutro, o fio terra, que deve ser ligado a uma haste
metálica enterrada diretamente no solo.
Choque Elétrico.
O choque elétrico age diretamente no sistema nervoso do corpo
humano, podendo provocar desde pequenas contrações musculares
até a morte. Sua gravidade é determinada, conforme Paraná (ref.
7), tanto pela intensidade da corrente elétrica como pelo caminho
que ela percorre no corpo da pessoa.
Fig. 3.4.1
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
42
A menor intensidade da corrente, que percebemos como um
formigamento, é de 1mA (miliampère). Uma corrente com
intensidade de 10mA faz a pessoa perder o controle muscular. O
valor entre 10mA e 3 A pode ser mortal se atravessar o tórax do
chocado, pois atinge o coração, modificando seu ritmo e fazendo
com que ele pare de bombear sangue. A pessoa, então, pode
morrer em poucos minutos. Intensidades acima de 3 A levam à
morte por asfixia em poucos segundos.
O choque mais grave é o que atravessa o tórax, pois afeta o
coração. Nesse caso, mesmo uma intensidade não muito alta da
corrente pode ser fatal. Uma corrente de alta intensidade que circule
de uma perna a outra pode resultar só queimaduras locais, sem
lesões mais sérias.
A ilustração abaixo mostra a porcentagem da corrente elétrica que
passa pelo coração em função do tipo de contato.
Fig. 3.2.2
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
3.1 – Diferencie corrente elétrica e tensão elétrica.
A corrente elétrica é o movimento ordenado das cargas. A tensão é
o que provoca o movimento.
3.2 – Qual a função de uma fonte de alimentação e comoela funciona?
A fonte de alimentação fornece energia ao circuito através da
conversão de outra forma de energia em energia elétrica.
3.3 – Determine a corrente circulante e a potênciadissipada em R no circuito abaixo.
i = = = 0,15 A = 150 mA
P = V . i = 1,5 . 0,15 = 0,225 W = 225 mW
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43
EExxeerrccíícciiooss
Fig. E.3.1
VR
1,510
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44
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
3.4 – Determine o valor nominal e a tolerância dosresistores descritos abaixo:
a) com faixas: vermelho, vermelho, vermelho e ouro
b) com faixas: marrom, preto, verde e prata
c) com faixas: verde, preto, amarelo e ouro
d) com faixas: amarelo, violeta, prata e ouro
3.5 – Qual a resistência equivalente das associações emsérie abaixo?
a)
b) c)
3.6 – Qual a resistência equivalente das associações emparalelo abaixo:
a) b) c)
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45
3.7 – Qual a resistência equivalente das associações mistasabaixo:
3.8 – Para produzir energia elétrica através de um geradorelementar AC, é necessário _ _ _ _ _ _ _ _ _ da espira emrelação ao campo produzido pelo ímã permanente.
3.9 – Faça um gráfico da tensão alternada em suaresidência, indicando o valor de pico e eficaz.
3.10 – Utilizando os materiais disponíveis no laboratório,monte o circuito abaixo. Alterne os valores do resistor eobserve o que ocorre com o brilho da lâmpada. Discuta comos colegas e formule hipóteses.
4MMuullttíímmeettrroo ddiiggiittaall eeOOsscciilloossccóóppiioo
4.1 – Multímetro digital
4.2 – O osciloscópio
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
48
4.1 MULTÍMETRO DIGITAL
O multímetro é um aparelho que serve para medição de tensão,
corrente e resistência.
O tipo do aparelho pode, inclusive, determinar a realização de
outras medições, com ou sem o uso de acessórios, como intensidade
sonora, temperatura, capacitância e indutância, entre outras.
Um multímetro consiste, no mínimo, em de três instrumentos de
medição, o voltímetro, o amperímetro e ohmímetro. Eles podem ser
selecionados um de cada vez por meio de um seletor rotativo,
conjunto de botões ou pontos de inserção das ponteiras de teste em
posições específicas para cada medida.
O multímetro ainda permite a seleção de escalas, para obtenção de
medidas de maior precisão. Estas escalas são indicadas no
aparelho, com os seus valores de fundo, isto é, máximos.
Para que o multímetro possa realizar medições é necessário que
uma corrente passe em seu interior. O multímetro, por meio de um
circuito eletrônico, é capaz de medir esta corrente e relacioná-la
com a escala e instrumento selecionados, lançando em um display,
o valor da medida na unidade da grandeza selecionada.
Para que o multímetro realize a medição, uma corrente deverá
circular em seu interior, logo o aparelho interferirá na medida que
4MMuullttíímmeettrroo ddiiggiittaall ee OOsscciilloossccóóppiioo
Fig. 4.1.1
Fig. 4.1.2 - Display digital de multímetro.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
49
está sendo efetuada. Nesse ponto o multímetro digital é superior ao
seu predecessor, o multímetro analógico. O multímetro digital
interfere muito pouco nas medições e, normalmente, seu erro está
abaixo das tolerâncias dos componentes de um circuito.
O fabricante sempre indica o percentual de erro do aparelho em
cada tipo de medida e em cada escala, no manual que acompanha
o multímetro.
Cada instrumento de medida associado no multímetro requer um
tipo de ligação diferente no circuito para a realização de medidas.
O voltímetro deve ser ligado em paralelo com a região do circuito a
ser medida.
O amperímetro deve ser conectado em série. E o componente, cuja
resistência se quer conhecer, deve ser retirado do circuito para a
utilização do Ohmímetro em paralelo.
Os cuidados com o multímetro também devem constar no manual.
Basicamente, proteja-o da umidade, temperatura excessiva e
impactos. Algumas regras devem ser observadas para sua
utilização:
1 Ter certeza de como conectar as ponteiras do multímetro ao circuito para realizar a medição da grandeza desejada.
2 Para medições de corrente e tensão, selecionar a maior escala da grandeza, o que evita a sobrecarga do multímetro.
3 Desconectar as ponteiras do multímetro do circuito para realizar trocas de escalas.
4 Desligar a energia do circuito para medições de resistência.
Fig. 4.1.3
Fig. 4.1.4
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
50
4.2 O OSCILOSCÓPIO
O osciloscópio é um dos instrumentos mais versáteis usados na
eletrônica. Com ele podemos verificar um sinal elétrico e suas
variações no tempo. O osciloscópio mostra o gráfico da tensão em
função do tempo. O eixo horizontal (eixo x) é o eixo dos tempos ou
base de tempo, o eixo vertical (eixo y) é o eixo das amplitudes dos
sinais.
O elemento básico de um osciloscópio é o tubo de raios catódicos
(TRC), cuja superfície interna é impregnada de uma substância
fosforescente que emite luz, quando bombardeada por um feixe de
elétrons. Esse feixe move-se na tela sob a ação dos campos elétricos
atuantes nas placas de deflexão horizontal e vertical, que estão no
interior do tubo. Cabe aqui lembrar que os princípios que fazem
funcionar um osciloscópio não são só usados em eletrônica, mas
também em instrumentos de outras áreas, como na química, física,
medicina e mecânica.
Temos abaixo um diagrama em blocos, simplificado, de um
osciloscópio.
Fig. 4.2.1
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
51
Controles de um osciloscópio:
Observação: Dependendo do modelo, marca e qualidade do
osciloscópio, o mesmo poderá ter mais ou menos controles. O
exposto aqui pretende apenas mostrar alguns dos controles mais
comuns deste instrumento.
– chave liga-desliga (power) – liga e desliga o aparelho.
– chave seletora (ch select) – na posição CA, é ligado
internamente um capacitor para bloquear qualquer componente CC.
Na posição CC, pode-se determinar o nível da tensão contínua sob
teste. Na posição terra a entrada vertical é aterrada para que seja
possível o ajuste correto da posição do feixe, no centro da tela.
– entrada vertical (in) – é onde conectaremos o sinal a ser
medido.
– seletor de amplitude vertical (variable v/div) – controle
escalonado de ajuste do ganho do amplificador vertical e,
conseqüentemente da amplitude do sinal na tela em v/cm ou volts
por divisão.
– seletor de base de tempo (time/div) – controla o tempo
de varredura horizontal, através de um ajuste escalonado.
Geralmente vem acompanhado de um ajuste fino.
– posição vertical (position y) – controle de ajuste do sinal em
relação ao deslocamento do feixe no eixo y da tela.
– posição horizontal (position x) – controle de ajuste do sinal
Fig. 4.2
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
52
em relação ao deslocamento do feixe no eixo x da tela.
– astigmatismo (astigmatism) – permite focalizar
corretamente o feixe eletrônico, trabalhando como complemento do
controle de foco.
– foco (focus) – em conjunto com o astigmatismo, o controle é
usado para focalizar o sinal na tela, mediante o ajuste de
convergência do feixe. Com estes ajustes impede-se que o sinal
apareça borrado na tela.
– intensidade (inten) – permite variar o brilho do sinal. Deve ser
utilizado em uma posição que possibilite uma boa visualização da
imagem sem, no entanto, permitir que o feixe incida de uma forma
excessiva na tela, desgastando assim a substância fosforescente que
a cobre.
– variação do sinal horizontal (variable h) – mediante este
controle podemos variar o ganho do sinal aplicado à entrada
horizontal. Essa entrada é, geralmente, usada quando trabalhamos
com um outro instrumento chamado de gerador de varredura ou
sweep.
– entrada horizontal (in h) – permite a entrada de sinais para
que possamos usar o osciloscópio como traçador de curvas, com
sweep ou geradores de varredura.
– controle automático de sincronismo (auto) – se o sinal
de entrada tem uma forma de onda periódica, cada ciclo do mesmo
deve aparecer na tela em correspondência ponto a ponto com o
ciclo precedente (a imagem é considerada estável, ou sincronizada).
Isso pode ser conseguido com o ajuste de sincronismo chamado de
trigger.
– nível (level) – controle de nível para o sincronismo, permitindo
que a imagem fique estável na tela.
– entrada de sincronismo externo (sinc ext) – serve para
sincronizarmos o sinal a ser medido com uma fonte de sinal externa.
– atenuador (aten) – pode-se ter uma chave com várias posições
(x1, x10, x100) para atenuar os sinais recebidos pela entrada
horizontal. Na posição x1 o sinal é dividido por 1, na posição x10
o sinal é dividido por 10 e assim sucessivamente.
– saída para calibração (cal) – apresenta um sinal de 0,5 volts
pico a pico, por exemplo, para servir de referência para calibração
das entradas vertical ou horizontal.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
53
Funcionamento do osciloscópio:
Observando a figura 4.2.1, seguindo o canhão eletrônico e
partindo de sua base vemos o filamento que aquece o cátodo que
emite os elétrons. Temos, a seguir, uma grade de controle e dois
ânodos que, juntos, dividem as funções de acelerar os elétrons e
focalizar o feixe. Com isso, obtém-se um feixe fino de elétrons e,
como conseqüência, uma imagem nítida na tela (em foco ou
“focada”).
A face interna do bulbo (TRC) é revestida com uma substância
condutora (aquadag), à base de carbono, a qual é conectada
eletricamente ao ânodo, no caso de um único ânodo, ou no ânodo
de focalização, caso existir (estes ânodos são polarizados
positivamente). A função desta cobertura, ou revestimento, é
capturar os elétrons secundários, que são expulsos pelo impacto do
feixe de elétrons principal contra a tela fosforescente. Se esses
elétrons não fossem capturados, seriam absorvidos pela regiões
vizinhas ao ponto de incidência do feixe principal, causando, em
torno dele, uma luminosidade difusa que prejudicaria a nitidez da
imagem.
Quando não há nenhuma tensão aplicada às placas defletoras, o
ponto luminoso forma-se no centro da tela porque o feixe de elétrons
incide nesse local.
Se uma tensão positiva for aplicada a uma das placas defletoras, o
feixe de elétrons (que são negativos) será desviado em sua direção
e a posição do ponto luminoso na tela se alterará, tendendo para a
direção dessa placa. Uma tensão negativa na placa tem,
evidentemente, efeito contrário, de modo a se obter o deslocamento
do ponto em sentido contrário. O importante disto é perceber que,
tanto uma tensão positiva como uma negativa nas placas, desviará
o feixe de elétrons.
Conhecendo agora o princípio da deflexão eletrostática em um
osciloscópio, imaginemos uma forma de onda senoidal aplicada nas
placas defletoras verticais. Nesse caso, uma placa ora será positiva,
ora negativa, o mesmo acontecendo com a outra. Quando a tensão
for tal que a placa superior se encontre positiva e a inferior negativa,
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
54
o feixe de elétrons se deslocará para cima. Com a inversão das
polaridades, o feixe virá para baixo. Caso a freqüência* da senóide
seja baixa, o ponto luminoso deslocar-se-á, mas se a freqüência for
alta ver-se-á apenas um risco na vertical.
Dessa forma não estaremos visualizando a forma de onda senoidal
que injetou-se no osciloscópio. Mas agora, ao mesmo tempo em que
nas placas verticais injeta-se uma senóide, aplica-se nas placas
defletoras horizontais uma onda dente de serra.
É uma tensão que, partindo de um valor mínimo, cresce linearmente
até um valor máximo, caindo, então, rapidamente, até o valor
mínimo, reiniciando um novo ciclo. É bom lembrar que o período de
subida deve ser bem maior que o de descida. No caso, o feixe, ao
mesmo tempo em que sobe e desce, deslocará de um lado para o
outro da tela, indo para a direita mais lentamente do que volta para
a esquerda (devido ao tempo de subida ser maior do que o tempo
de descida da tensão dente de serra).
Se o tempo que o feixe de elétrons leva para completar um ciclo
vertical, coincidir com o tempo que a tensão dente de serra demora
para ir de seu valor mínimo ao máximo, a imagem projetada será
a de uma senóide, ou seja, corresponderá à forma de onda do sinal
aplicado às placas verticais. Verifica-se, então, que a composição
de uma forma de onda qualquer, com uma forma de onda dente de
serra, sempre resultará no aparecimento de uma forma de onda
qualquer, desde que suas freqüências coincidam.
Fig. 4.2.2
Fig. 4.2.3
Fig. 4.2.4
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
55
Os cuidados com o osciloscópio são semelhantes aos do multímetro,
porém o osciloscópio é muito mais sensível e caro. Portanto, ouça
atentamente as instruções do seu professor.
A determinação da freqüência de um sinal a partir do período
medido é feita aplicando-se a fórmula:
F = 1/T
f – Freqüência em hertz
T – Período em segundos
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
56
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
4.1 – Quais os instrumentos de medidas mínimos quecaracterizam um multímetro?
Voltímetro, Amperímetro e Ohmímetro
4.2 – O que é valor de fundo de uma escala?
É o valor máximo que pode ser medido por essa escala.
4.3 – Como deve ser ligado um multímetro para medircorrente, tensão sobre R1 e a resistência R1 no circuitoabaixo:Para corrente o multímetro é colocado em série com R1.
Para tensão o multímetro é colocado em paralelo a R1.
Para resistência retira-se R1 do circuito e colocam-se as ponteiras
em cada extremidade condutora (lead) de R1.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
4.4 – Por que o multímetro sempre apresenta algum errona leitura?
EExxeerrccíícciiooss
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
57
4.5 – Faça a medição da resistência de dois resistoresisoladamente, e das associações em série e paralelo.Compare as medições com os valores nominais e com oresultado dos cálculos das associações.
Verifique se os resultados se encontram dentro das tolerâncias e
comente os resultados.
4.6 – Qual a vantagem de um osciloscópio sobre ummultímetro?
São dois equipamentos distintos, porém o osciloscópio permite ver a
forma de onda de uma tensão alternada, enquanto que o multímetro
apenas mede seus valores eficazes.
4.7 – Qual é o alimento básico de um osciloscópio?
TRC (tubo de raios catódicos).
4.8 – A que serve o filamento em um TRC?
O filamento aquece o cátodo, que é o ponto de emissão de elétrons.
4.9 – Quais são os dispositivos responsáveis pelomovimento do feixe de elétrons em um TRC?
As placas defletoras horizontal e vertical.
4.10 – Ligue um transformador 220V – 12V na redeelétrica. Utilizando o multímetro e o osciloscópiodetermine o valor eficaz da tensão, o valor de pico, o
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
60
“Capacitores são dispositivos capazes de
armazenar cargas elétricas”.
Nos circuitos elétricos os capacitores podem estar assim
representados
A capacitância de um capacitor pode ser definida como a
quantidade de carga elétrica acumulada por unidade de tensão.
C - capacitância em faradsQ- carga em coulombsV - tensão em volts
A unidade de capacitância é o farad (F); porém, normalmente, a
capacitância dos capacitores comerciais pertence à faixa de
submúltiplos do farad, entre pico farads e micro-farads.
As placas de um capacitor são chamadas de armaduras.
“A capacitância ou capacidade de um capacitor se deve a sua
forma geométrica e ao meio existente entre as armaduras”.
5 CCaappaacciittoorreess
Fig. 5.1
Fig. 5.3
Fig. 5.2
C=
QV
10-12 F = pF ≤ Ccomercial ≤ µF = 10-6 F
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
61
A energia armazenada em um capacitor (Ec).
Um gerador elétrico ao ser ligado a um capacitor, fornece a energia
elétrica que fica armazenada nele e pode ser calculada pelas
expressões:
Ec- Energia em joulesQ - Carga em coulombV - Tensão em voltsC - capacitância em farads
O capacitor plano.
O capacitor plano é constituído de duas armadas iguais e paralelas,
entre as quais existe um isolante ou dielétrico*.
“A capacitância do capacitor é diretamente proporcional à área das
placas e inversamente proporcional à distância entre elas. Também
depende do meio entre as placas”.
C - capacitância em faradsε0 - permissividade* do vácuo ε0 = 8,85 x 10-12 F/mk - constante dielétricaA - área das placasd - distância entre as placas
Constante dielétrica (k).
É a relação entre a permissividade do meio (_0)
k - constante dielétricaε - permissividade do meio em F/mε0 - permissividade do vácuo 8,85. 1012 F/m
Fig. 5.4
Ec = ou Ec , ondeQV
2
CV 2
2
C = kε0 Ad
k = εε0
Os valores da constante dielétrica de algumas substâncias são
dados na tabela abaixo:
Obs: Para aumentar a capacitância de um capacitor plano, usar
pelo menos um dos procedimentos abaixo:
1 - Aumentar a área das armaduras.2 - Aproximar as armaduras3 - Inserir entre as armaduras um dielétrico de maior
constante dielétrica.
Especificações dos capacitores.
Os fabricantes devem informar o valor nominal em farads, no caso
de capacitores comerciais. Além disso, divulgam valores de
tolerância e tensão de isolação.
Tolerância.
Em uma linha de produção é complicado e caro produzir
componentes exatamente iguais. Por isso, os fabricantes indicam no
seus capacitores uma faixa de erro aceitável entre o valor nominal e
o valor real do capacitor, faixa que oscila entre ± 1% a ± 20%.
Tensão de Isolação.
Consiste na tensão máxima que pode ser aplicada em um capacitor
durante um intervalo de tempo razoável. Varia de alguns volts até
alguns quilovolts.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
62
k
1,0000
1,0006
5 - 10
3 - 35
3 - 6
56
81
Dielétrico
Vácuo
Ar
Vidro
Borracha
Mica
Glicerina
Água
Tab 5.1
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
63
Os dielétricos são isolantes, porém, a partir de um determinado
valor de tensão passam a se comportar como condutores. A esse
fenômeno chamamos de rompimento de dielétrico, o que cria no
capacitor a chamada resistência de fuga. O capacitor pode até
entrar em curto-circuito.
Capacitores Comerciais.
Os valores típicos de capacitores comerciais são múltiplos e
submúltiplos das décadas mostradas na tabela abaixo:
A próxima figura mostra alguns tipos de capacitores fixos e
variáveis, e algumas de suas características.
Décadas de Valores Comerciais de Capacitores
10 12 15 18 22 27 33 47 56 68 75 82 91Tab 5.2
Tab 5.3
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
64
Para a leitura de valor nominal e demais características dos
capacitores pode-se utilizar a tabela 5.3 e a figura 5.6, abaixo:
Associação de capacitores.
Os capacitores, como os resistores, podem ser associados com o
objetivo de alcançar valores não disponíveis.
Associação em série.
O inverso das somas dos capacitores associados em série é igual ao
inverso da capacidade equivalente.
Na associação em série a tensão de isolação dos capacitores é
somada.
CódigoLiteral para Tolerância de CapacitoresC
0,25 pF
D
0,5pF
F
1%/ 1pF
G
2%
J
5%
K
10%
M
20%+- +- +- +- +- +- +- +-
Fig. 5.5
Fig. 5.6
Tab 5.4
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
65
Obs: Para associação de dois capacitores é possível utilizar a
simplificação “produto pela soma”, para capacitores iguais a
“capacitância de um pelo número de iguais”.
Produto pela soma:
Capacitância de um pelo número de iguais:
Associação em paralelo.
A capacitância equivalente é igual a soma das capacitâncias
associadas em paralelo.
Na associação em série, a tensão de isolação do capacitor
equivalente é igual a menor tensão de isolação dos capacitores
associados.
Associação mista.
Em situação análoga aos resistores, os capacitores também admitem
associações mistas, com pelo menos uma associação de cada tipo
em um único circuito. A seqüência de solução é a mesma
apresentada no estudo dos resistores.
Fig. 5.7
Ceq =C1 . C2
C1 + C2
Ceq =C1
nº de iguais
Ceq = C1 + C2 + C3
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
66
Exemplo de associações mistas:
Constante de tempo de um capacitor.
Pode-se definir, a grosso modo, a constante de tempo de um
capacitor como sendo o tempo necessário para que ele carregue ou
descarregue, aproximadamente, 63,2% de sua carga.
Fig. 5.8
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
67
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
5.1 – Determine a carga armazenada em um capacitor de50_F ligado em uma fonte de 12V.
Q = CV Q = 50 x 10-6 . 12
Q = 600 x 10-6 C
Q = 600 µC
5.2 – Determine a energia armazenada em um capacitor de400_F ligado em 50V.
Ec = CV2 Ec = 400 x 10-6 . 502
Ec = 1000000 x 10-6= 1 = 0.5 J
5.3 – Normalmente, a capacitância de um capacitor é bemmenor que 1 Farad. Determine a área de um capacitorplano de 1 Farad, que tem como dielétrico o vácuo e adistância entre placas de 1mm.
C = K ε 0 A
A = Cd = 1.0,001 = 112994350 m2= 112,99 Km2
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
5.4 – Para um fabricante que pretenda construircapacitores menores que os atuais, porém com as mesmascaracterísticas, o que você recomendaria?
EExxeerrccíícciiooss
2
2
d
K ε 0 1.8,85 x 10 -12
2
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
68
Que desenvolvesse um dielétrico de maior constante dielétrica.
5.5 – Além da capacitância existem outras característicasimportantes em um capacitor comercial. Quais são?
Tolerância e tensão de isolação
5.6 – Escreva sobre as características dos capacitoresabaixo:
5.7 – Encontre a capacidade equivalente das associaçõessérie:
a)
b)
5.8 – Encontre a capacidade equivalente das associaçõesem paralelo:
a)
b)
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
69
5.9 – Encontre a capacidade equivalente das associaçõesmistas:a)
5.10 – Procure, no laboratório, pelo menos 10 capacitorese determine os seus valores nominais de capacitância,tensão de isolação e, se possível, tolerância. (Utilize atabela 5.3 e figura 5.6).
No capítulo III foram vistos circuitos simples ligados em corrente
contínua e foi aplicada a lei de Ohm. Também foi apresentada a
associação de resistores.
Agora, veremos a aplicação da lei de ohm em circuitos com
associações em série e paralelo em corrente contínua e corrente
alternada.
Circuito série é aquele constituído por pelo menos dois elementos em
série energizados.
Onde:
A tensão total é igual a soma das quedas de tensão em cada resistor.
A corrente total é igual em todos os elementos dos circuitos.
Circuito paralelo é aquele constituído por, pelo menos, dois
elementos ligados em paralelo e energizados.
Onde:
A tensão total é igual a tensão em cada resistor ou braço do circuito.
A corrente total é igual a soma das correntes em cada resistor ou
braço do circuito.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
72
6CCiirrccuuiittooss EEllééttrriiccooss
V = V1 + V2 i = i1 = i2V1 = R1 i i = V
V2 = R2 i
Re q
V = V1 = V2 i = i1 + i2V1 = Req . i i = V1
i2 = V2
R1
R2
Fig. 6.1
Fig. 6.2
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
73
Circuito misto é aquele composto por pelo menos uma associação
de cada tipo (série e paralelo).
Onde:
A partir da resistência equivalente e tensão aplicada é possível
determinar o valor da corrente total fornecida pelo gerador.
Para determinar as correntes e tensões em cada braço do circuito, é
necessário resolver os paralelos ou séries de modo parcial e, em
seqüência própria, de cada circuito.
Circuito em corrente alternada
Para compreender de circuitos em corrente alternada, é necessário
a introduzir características apresentadas por capacitores e indutores
(bobinas), quando sujeitos à corrente alternada.
No caso da corrente contínua, um capacitor depois de carregado,
corresponde a uma resistência infinita e uma bobina após
energizada, corresponde a uma resistência próxima de zero.
Sob corrente alternada, um capacitor tende a diminuir sua
“resistência”, chamada de reatância capacitiva Xc,
proporcionalmente a freqüência da corrente aplicada. Por outro
lado a “resistência” de um indutor, chamado de reatância indutiva
XL, tende a aumentar proporcionalmente a freqüência da corrente
aplicada.
Onde:
p - 3, 14…
f - freqüência em hertz (Hz)
C - capacitância em farads (k)
Xc - Reatância Capacitiva em ohms (_)
V = Req . i
Fig. 6.3
Xc = 12π fC
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
74
No caso de um indutor (ou bobina) cuja grandeza indutância
elétrica, símbolo L, é expressa em henrys, símbolo H, temos:
Onde:
p - 3,14…
f - freqüência em hertz (Hz)
L - indutância em henrys (H)
XL - Reatância Indutiva em ohms (Ω)
Os valores reatância capacitiva XC e reatância indutiva XL são
expressos em ohm, do mesmo modo que a resistência elétrica R.
Porém as reatâncias têm uma diferença fundamental: a relação
entre elas é vetorial. As grandezas reatância capacitiva e indutiva
são representadas, matematicamente, em um eixo perpendicular ao
eixo da resistência elétrica.
Como a reatância capacitiva e a indutiva encontram-se sobre o
mesmo eixo, podem ser associadas diretamente, o que resulta na
carga reativa (XLC) do circuito.
Onde:
XL _ reatância indutiva (_)
XC _ reatância capacitiva (_)
XLC _ carga reativa do circuito.
A “resistência equivalente” da carga reativa associada à resistência
do circuito é chamada de impedância* (z) e tem como unidade o
ohm (_).
A determinação da impedância de um circuito em corrente
alternada se dá de forma semelhante à obtenção da resistência
equivalente de um circuito em corrente contínua. Com a diferença
que, no caso da impedância, é necessário de dar um tratamento
vetorial ao cálculo, conforme mostra a figura.
XL = 2π fC
XLC = XL - XC
Fig. 6.4
Fig. 6.5
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
75
A impedância corresponde à diagonal do retângulo cujos lados
valem R e XLC.
Portanto para o cálculo de z devemos utilizar o “Teorema de
Pitágoras”.
“A soma do quadrado dos catetos é igual ao quadrado da
hipotenusa”.
O ângulo de defasagem _ pode ser calculado como
Para um circuito RLC Série, temos:
Porém, as tensões não estão em fase, comportam-se como na
figura 6.7:
A tensão VR, em R, está em fase com a corrente, porque nos circuitos
puramente resistivos a tensão e a corrente estão em fase.
A tensão VL, em L, está adiantada 90º em relação à corrente, pois,
a corrente se atrasa de 90º em relação à tensão nos circuitos
puramente indutivos. VL, portanto, cruza o eixo horizontal 90º antes
da corrente, e varia no mesmo sentido.
A tensão VC, em C, está atrasada 90º em relação à corrente, pois,
nos circuitos puramente capacitivos a corrente se adianta 90º em
c2 = a2 + b2
α = tg-1 IC - IL
IR
Fig. 6.6
Fig. 6.7
( )
Z = R2 + (XL - XC )2
VCA = iCA . Z (lei de Ohm)
VR = iCA . R
VL = iCA . XL
VC = iCA . XC
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
76
relação à tensão. VC, portanto, cruza o eixo horizontal 90º depois
da corrente, e varia no mesmo sentido.
Para um circuito RLC paralelo temos:
As correntes, no circuito RLC em paralelo, não estão em fase, mas
como mostra a figura abaixo.
Corrente no circuito de corrente alternada em paralelo – A corrente
se divide pelos braços em paralelo. IR em fase com a tensão
aplicada ao circuito, IL atrasada em 90 graus em relação à tensão
e IC adiantada 90 graus em relação à tensão. A corrente total (It) é
a soma vetorial das correntes parciais.
Tensão no circuito de corrente alternada em paralelo – A tensão em
cada braço do circuito em paralelo é igual (e está em fase com) as
dos outros braços e à tensão aplicada ao circuito.
Impedância no circuito de corrente alternada em paralelo – A
Z = R . XL . XC
VCA = Z . iCA
iR = VCA
iL = VCA
iC = VCA
R
(XL . XC)2 = R2 . (XL - XC)2
XL
XC
Fig. 6.8
impedância de um circuito de corrente alternada em paralelo é igual
a tensão aplicada dividida pela corrente total.
ASPECTOS IMPORTANTES DOS CIRCUITOS RCL.
Freqüência de ressonância corresponde a uma freqüência tal que a
reatância capacitiva (XC) e indutiva (XL) têm o mesmo módulo, como
são opostas se anulam. A impedância (Z) se torna igual à resistência
® e o circuito se comporta como se fosse puramente resistivo, isto é,
sem defasagem alguma na corrente ou tensão.
A freqüência de ressonância (fr) pode ser determinada pela
expressão:
Fator de potência.
É a relação entre a potência real e a potência aparente, pelo
cosseno do ângulo de defasagem, ou ainda, pela relação entre a
resistência e a impedância.
A potência aparente é igual ao produto entre a tensão (VCA), e a
corrente (iCA) e é dada em volts-ampères (VA).
A potência real é igual ao produto da tensão (VCA), da corrente
(iCA) e do cosseno do ângulo _, e é medida em watts (W).
POTÊNCIA APARENTE = VCA . iCA
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
77
fr = 12π LC
FATOR DE POTÊNCIA = POTÊNCIA REAL
POTÊNCIA APARÊNCIA
FATOR DE POTÊNCIA = COSSENO α = R
Z
POTÊNCIA REAL = VCA . iCA . CASSENO α
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
78
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
6.1-Determine a corrente total e as quedas de tensão nocircuito série abaixo:
Req = R1 + R2 = 30Ω
i = V = 12 = 0,4A
V1 = i . R1 = 0,4 . 10 = 4V
V2 = i . R2 = 0,4 . 20 = 8V
6.2-Determine a corrente total e as correntes i, e i2 emcada braço do circuito paralelo:
Req = R1 . R2 = 8Ω
i = V = 12 = 1,5A
i = V = 12 = 1,5A
i = V = 12 = 1,5A
Req 30
Req 8
R1 10
R2 40
R1 + R2
EExxeerrccíícciiooss
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
79
6.3 - Determine a reatância capacitiva dos seguintescapacitores para uma freqüência de 60 HZ.
a) 200_F
XC = 1 = 1 = 1 = 13,26Ω
b) 50nF
XC = 1 = 53051Ω ≈ 53 KΩ
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
6.4-Determine a reatância indutiva das seguintes bobinaspara uma freqüência de 60 HZ.
a) 2 H
b) 5 mH
6.5-Determine a impedância do circuito RLC série abaixopara 60 HZ.
6.6-Determine a impedância do circuito RLC paraleloabaixo, para freqüência de 60 HZ.
2πfC 24000π x 10-62π . 60 . 200 x 10-6
2π . 60 . 50 x 10-9
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
80
6.7-O que é freqüência de ressonância?
6.8-O que é fator de potência?
6.9 – A partir do material disponível em seu laboratório,procure montar o circuito da figura E6.4, semnecessariamente respeitar os valores indicados.
Introduza no circuito uma tensão alternada de, no máximo, 12V (do
secundário de um transformador).
Utilizando um multímetro na escala de tensão CA, faça a medição
da tensão de entrada e a tensão sobre cada componente do circuito.
Se existir em seu laboratório um multímetro para medição de
corrente alternada, faça também a medição de corrente.
Seria possível conhecendo o valor de C e R estimar o valor de L?
Conforme o material que dispõe no laboratório, substitua os
componentes e faça novas medições, comente os resultados, procure
formular hipóteses junto com o educador voluntário.
6.10) Repita os procedimentos do exercício 6.9 para ocircuito da figura E6.3.
Leitura recomendada:
Item 6 da Bibliografia.
7EElleettrroommaaggnneettiissmmoo eeTTrraannssffoorrmmaaddoorr
7.1 – Campo Magnético – ímãs – condutores em campo
magnético – eletroímã
7.2 – Motores Elétricos
7.3 – Transformadores
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
82
7.1 Campo Magnético
Campo magnético é a região do espaço que está sob a influência
de um dipolo magnético (ímã).
A cada ponto, da região no entorno de um ímã, existe um vetor
campo magnético associado. Tangentes ao vetor campo elétrico em
cada ponto, passam as linhas de campo magnético ou linhas de
indução.
As linhas de campo são fechadas.
Partem do pólo norte do ímã e
chegam ao pólo sul. Por
definição, as linhas de campo não
se cruzam.
Ímã
Os ímãs são conhecidos desde a Antiguidade. A palvra magnetismo
originou-se a partir do nome Magnus, pastor que encontrou as
primeiras “pedras” com propriedades magnéticas. Ou, ainda, a
partir do nome da região onde ocorrem as maiores jazidas naturais
da “pedra” magnética (magnetita), na Magnólia.
Hoje em dia, ímãs de altíssima qualidade são produzidos
artificialmente por diferentes processos e para uso específico em
cada setor industrial.
Os ímãs apresentam algumas propriedades importantes:
7EElleettrroommaaggnneettiissmmoo ee TTrraannssffoorrmmaaddoorr
Fig. 7.1.1
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
83
1 Os pólos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomesdiferentes se atraem.
2 Os pólos magnéticos não podem ser separados. Quando umímã é dividido dá origem a dois novos ímãs.
3 Os ímãs atraem algumas substâncias, em especial aschamadas ferro magnéticas (ferro, níquel e algumas ligas metálicascomo o aço).
4 Os ímãs em geral conservam suas características por longosintervalos de tempo (alguns anos).
5 Os ímãs perdem suas propriedades magnéticas se expostos aaltas temperaturas.
6 Os ímãs, quando podem girar livremente no plano horizontal,orientam-se conforme os pólos da terra (bússola).
Os pólos magnéticos da terra estão ligeiramente deslocadosem relação aos pólos geográficos e têm seus nomes trocados.
7 Um ímã pode imantar outro material ferromagnético* atravésdo fenômeno da indução magnética. No caso, os domíniosmagnéticos que compõem o material são orientados conforme aslinhas de campo magnético, e este passa a se comportar como umímã.
Fig. 7.1.2
Fig. 7.1.3
Fig. 7.1.4
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
84
Campo Criado por um Condutor Percorrido por
Corrente Elétrica.
Em 1820, Oersted verificou a partir de experiências com correntes
elétricas e bússolas que, ao redor de um condutor, percorrido por
corrente elétrica, surge um campo magnético.
Quando o condutor é percorrido por corrente elétrica a bússola
sofre desvio.
O sentido do campo magnético pode ser expresso pela regra da
mão direita.
Segure o condutor com a mão direita, envolvendo-o com os dedos
e mantendo o polegar apontando o sentido da corrente. O sentido
das linhas de campo é dado pela indicação dos dedos que envolvem
o condutor.
Eletroímã
O eletroímã consiste de um condutor com camada isolante enrolado
sobre um núcleo ferromagnético. Quando o condutor é percorrido
por uma corrente elétrica, o núcleo tem seus domínios magnéticos
orientados e passa a se comportar como um ímã. Esse é o princípio
de funcionamento de uma série de equipamentos como os
solenóides, as cigarras e campainhas, os alto falantes, cabeçote de
toca fitas e vídeocassetes, etc.
7.2 MOTORES ELÉTRICOS.
A força que um campo magnético exerce sobre um condutor
percorrido por corrente pode ser utilizada para realizar trabalho. É
o que ocorre nos motores elétricos, que transformam energia elétrica
em energia mecânica. O motor elétrico de uma máquina de lavar,
por exemplo, tira energia elétrica da rede elétrica e a converte em
energia cinética de rotação.
Em linhas gerais, um motor elétrico é constituído por uma espira
rígida retangular, que fica imersa num campo magnético. Essa
espira pode girar em torno de um eixo perpendicular às linhas do
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
85
campo.
– Um motor elétrico simples é constituído por uma espira condutora
imersa num campo magnético. Ao ser percorrida pela corrente, a
espira fica submetida às forças do campo e é forçada a girar em
torno do eixo central. Temos, nesse caso, uma transformação de
energia elétrica em energia cinética. As extremidades da espira
estão presas a dois arcos metálicos, que constituem uma peça
chamada comutador. Não há contato elétrico entre os dois arcos do
comutador. Eles recebem a corrente elétrica através de duas escovas
fixas. Assim, a cada meia volta do comutador em torno do eixo, os
arcos são ligados a pólos opostos do gerador, e o sentido da
corrente na espira se inverte.
Quando uma corrente contínua passa através da espira, esta sofre
a ação de forças geradas pelo campo magnético, que a fazem girar
sobre um eixo. Suponhamos que a espira, de lados e w, esteja
inicialmente posicionada num plano paralelo às linhas do campo.
– A espira onde circula a corrente i está disposta paralelamente às
linhas do campo magnético. Os lados horizontais sofrem a ação do
par de forças F1 e F2, e isso faz a espira girar. Mesmo quando ela
está inclinada em relação às linhas de força, o binário continua a
agir sobre os lados horizontais, que permanecem sempre
perpendiculares ao campo magnético.
– Para determinar a direção e o sentido da força F1, usamos a regra
da mão direita. O polegar aponta no sentido da corrente, os outros
dedos indicam o sentido do campo magnético. A força sai
perpendicularmente da palma da mão (ou seja, é perpendicular ao
campo). Para determinar a direção e o sentido de F2, é preciso girar
a mão meia volta, pois a corrente tem sentido contrário no outro
braço da espira.
O campo magnético B exerce, sobre cada lado de comprimento , a
seguinte força:
Onde i é acorrente que atravessa a espira. As duas forças, que têm
a mesma direção, mas sentidos opostos, formam um binário que
obriga a espira a girar no sentido horário. O movimento continua
até que o plano da espira fique perpendicular ao campo magnético.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
86
Nessa posição, as duas forças passam a agir na mesma direção e
em sentidos opostos, tendendo apenas a deformar a espira, sem
fazê-la girar.
– Quando a espira se acha perpendicular às linhas do campo, as
duas forças opostas F1 e F2 agem na mesma direção. O par de
forças, que até esse instante mantinha a espira em rotação, se
anula.
Entretanto, a espira não pára de repente. Ela prossegue em rotação
por inércia, ultrapassando ligeiramente a posição horizontal. O
binário volta então a agir, forçando a espira a girar para trás, em
rotação inversa. Depois de algumas oscilações, de amplitudes cada
vez menores, a espira se detém no plano perpendicular às linhas do
campo.
– Chegando à posição horizontal, a espira tende a prosseguir em
rotação por inércia. Assim que ela ultrapassa a posição horizontal,
refaz-se o binário, que agora tende a girar a espira em sentido
contrário. Ela então oscila durante algum tempo e depois se detém.
Para que ela continue a girar, é preciso inverter o sentido da
corrente, assim que a espira ultrapassar a posição de equilíbrio.
Desse modo, as forças F1 e F2 terão seus sentido invertido e
permitirão o prosseguimento da rotação.
Para fazer com que espira continue a girar sem se deter, precisamos
inverter o sentido da corrente, logo que a espira ultrapassar a
posição de equilíbrio. Desse modo, as forças mudaram de sentido e
o binário continuará a favorecer a rotação em sentido horário.
Os contatos elétricos da espira são feitos por meio de um sistema
composto de um comutador, que gira com a espira, e duas escovas
(tiras metálicas) fixas ligadas ao gerador (figura 7.2.1). Tal sistema
permite inverter, a cada meia volta, o sentido da corrente.
Desse modo, a corrente sempre circulará num sentido que favoreça
a geração de um binário, o que manterá a espira em contínua
rotação.
– Os motores elétricos reais não têm apenas uma espira, mas
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
87
diversas bobinas, cada uma delas constituída por numerosas
espiras.
Os motores elétricos reais não são constituídos por uma única
espira, mas por várias bobinas montadas sobre um núcleo de ferro.
Cada uma delas apresenta grande número de espiras.
7.3 TRANSFORMADORES.
Já foi visto que a passagem de corrente provoca o surgimento de um
campo magnético. Também a variação de um campo magnético
provoca, em um condutor, o aparecimento de corrente elétrica.
No caso de um transformador, existem dois condutores enlaçados
por um núcleo comum. Quando um sofre variação da corrente
elétrica produz um campo magnético variável que, por sua vez, cria
no outro uma corrente elétrica.
Os transformadores não necessitam de ligações elétricas entre as
bobinas primária e secundária. A transferência de energia se dá
através do acoplamento magnético entre as bobinas. Esse fenômeno
é conhecido como indução mútua.
E um núcleo ferromagnético concentra o fluxo magnético
melhorando o acoplamento.
As relações em um transformador são:
Onde:
Vp _ tensão no primário
Vs _ tensão no secundário
is _ corrente no secundário
ip _ corrente no primário
Np _ número de espiras no primário
Ns _ número de espiras no secundário.
Convém lembrar que o transformador funciona a partir da variação
de fluxo no primário.
Portanto não haverá troca de energia entre primário e secundário,
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
88
se for conectada ao primário uma fonte de tensão contínua e
regulada, como uma bateria* por exemplo. A menos que a fonte
seja ligada e desligada constantemente.
Os transformadores podem apresentar diversos tipos de núcleos:
As relações de fase entre correntes e tensões de primário e
secundário são apresentadas abaixo.
Os tipos de transformadores são mostrados abaixo:
Às vezes usamos pontos ou outras marcas para indicar os terminais
de mesma fase.
A seguir algumas apresentações externas de transformadores.
Perdas no transformador
Até agora, admitimos que os transformadores eram perfeitos e sem
perdas internas. Embora comumente isto seja quase uma verdade,
existem algumas perdas. Quase todos os transformadores têm
eficiência entre 90 e 99%. As principais perdas em um
transformador são as perdas no cobre (perdas por resistência), no
fluxo, por histerese, por correntes parasitas e por saturação.
– Perdas no cobre: Perda causada pela resistência do fio (de cobre)
nos enrolamentos do transformador = i2 R, onde R é a resistência
dos enrolamentos.
– Perdas de fluxo: Fluxo que não enlaça os enrolamentos e o núcleo,
de modo que há redução do acoplamento e, portanto, perda de
energia.
– Perdas por histerese: Quando o sentido da corrente é invertido, o
alinhamento magnético do núcleo também é invertido, mas há um
retardo por parte dos domínios magnéticos. Gasta-se energia para
alinhar os domínios magnéticos e inverter o alinhamento. Essa
energia, não disponível no secundário, corresponde às perdas por
histerese. Alguns transformadores usam núcleo de ferro pulverizado
para reduzir essas perdas.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
89
– Perdas por correntes parasitas: O núcleo do transformador conduz
eletricidade e atua como um secundário de uma única espira em
curto. A corrente que flui no núcleo é chamada corrente parasita. As
correntes parasitas são reduzidas a um mínimo com o uso de um
núcleo laminado.
– Perdas por saturação: À medida que aumenta a corrente no
primário, aumenta o fluxo no núcleo. Finalmente, é atingido um
limite, e qualquer corrente adicional não aumenta o fluxo. Quando
isso acontece, dizemos que o núcleo está saturado, e para aumentar
o fluxo seria necessário um núcleo maior.
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
7.1-O que acontece quando um ímã é dividido?
Formam-se dois novos ímãs.
7.2-Como se dá a transferência de energia em umtransformador?Através do fenômeno da indução mútua devido aoacoplamento magnético das bobinas primária esecundária.
7.3-O primário de um transformador possui 1000 espiras eo secundário 10 espiras. Sabendo-se que o primário estáligado em 220V e o secundário é percorrido por umacorrente de 30ª, determine a tensão no secundário e acorrente no primário.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
7.4-Existe semelhança entre motores e geradoreselementares?
7.5-Quais são os principais tipos de perdas nostransformadores?
7.6-Qual o artifício que é utilizado nos transformadores,em geral, para evitar as perdas por correntes parasitas?
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90
7.7-O que é necessário fazer para que as perdas porsaturação sejam minimizadas?
7.8-O que são linhas de campo magnético?
7.9-Desenhe as linhas de campo ao redor dos condutoresabaixo:
7.10- Utilizando um ímã, um pedaço de palha de aço (BomBril‚) e um saco plástico do tipo arquivo de papel, monte oseguinte experimento, para a visualização das linhas decampo magnético:Coloque o ímã no interior do saco plástico e, com cuidado,friccione a palha de aço sobre o saco. As limalhas sedepositarão por fora do saco plástico e formarão aconfiguração das linhas de campo magnético ao redor doímã.
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92
Com os conhecimentos de eletricidade adquiridos até o momento,
podemos analisar alguns circuitos bastante simples.
Onde:
Vc _ tensão de entrada
Vs _ tensão de saída
R _ Resistência
L _ Indutância
O circuito acima é um filtro* passa baixa tipo RL. Para baixas
freqüências o indutor comporta-se como um condutor (XL << R),
fazendo praticamente toda a tensão recair sobre o resistor de saída.
Para freqüências altas, o indutor se comporta quase como um
isolante (XL >> R) e uma pequena parte da tensão fica sobre o
resistor de saída.
A tensão de saída pode ser expressa como:
Onde f _ freqüência em HZ.
Onde C _ capacitância
O circuito acima é um filtro passa baixa RC, para baixas
freqüências. O capacitor de saída comporta-se como uma
resistência alta (XC >> R), assim a maior parte da tensão recai sobre
ele.
Para altas freqüências o capacitor se comporta como uma
resistência baixa (XC << R) e uma pequena parte da tensão fica
aplicada sobre ele. A tensão de saída pode ser expressa como:
Acima, temos um circuito passa alta do tipo RL. O indutor se
comporta como um condutor para freqüências baixas (XL << R).
Assim uma pequena parte da tensão fica sobre o indutor de saída.
Quando a freqüência é alta, o indutor se comporta como um resistor
de valor alto (XL >> R) e, então, a tensão de saída é maior.
8 AAnnáálliissee ddee CCiirrccuuiittooss
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93
A tensão de saída pode ser expressa como:
O circuito RC acima se comporta como um circuito filtro passa alta.
O capacitor se comporta-se como um resistor de valor alto (XC >>
R), para baixas freqüências, provocando uma grande queda de
tensão, o que faz com que a tensão de saída seja baixa. Quando a
freqüência é alta, o capacitor se comporta como condutor (XC << R),
provocando pequena queda de tensão, e, então, a tensão de saída
é alta.
A tensão de saída pode ser expressa como:
No circuito ressonante tipo RLC, tanto as altas freqüências quanto as
baixas freqüências são atenuadas, e a tensão Vs terá seu maior
valor exatamente na freqüência de ressonância.
Pois, nessa freqüência, as reatâncias, indutiva e capacitiva, são
iguais e se anulam. A freqüência de ressonância pode ser dada
como:
O divisor de tensão é um circuito extremamente simples, em que o
resistor R1 provoca uma queda de tensão, fazendo com que parte
da tensão fique sobre ele e o restante sobre R2 e a carga.
Para calcular a tensão de saída Vs temos primeiro, que determinar
o valor da resistência equivalente à carga RC, a partir dos valores
nominais de tensão e potência conhecidas da carga.
Onde:
RC _ Resistência equivalente à carga
VC _ Tensão nominal da carga
PC _ Potência nominal da carga.
Essa expressão corresponde à determinação da corrente total a
partir da tensão de entrada e da resistência equivalente ao circuito
todo, multiplicado pela resistência equivalente ao paralelo de R2 e
RC.
O circuito Ponte de Wheatstone é muito utilizado em instrumentação
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94
eletrônica pois serve para medir o valor de uma resistência
desconhecida. É possível desmembrar este circuito em dois outros
divisores de tensão independentes.
Onde
Quando VAB = VA – VB = 0, a ponte está em equilíbrio. Nesse caso:
R2. R3 = R1. R4
Na condiçãoão de equilíbrio o produto das suas resistências opostas
é igual.
Para se conhecer R3, por exemplo, tem os que saber os valores de
R2 e R4 e ajustar um resistor variável R1 até que um voltímetro, entre
A e B, indique zero volts. Então basta medir o valor de R1 e obter
R3 a partir da expressão:
Outra forma de usar a Ponte de Wheatstone é não chegar ao
equilíbrio e usar três resistores de valor fixo, a tensão da fonte e a
tensão VAB, mas a expressão fica mais complexa.
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
8.1-Determine a tensão de saída do filtro passa baixa dotipo RL, abaixo:
Para a tensão da rede (220V – 60Hz)
8.2-Determine a tensão de saída do filtro passa alta do tipoRC abaixo, para a tensão da rede (220V – 60Hz):
8.3-Qual a freqüência de ressonância do circuito RLCabaixo?
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
8.4-Para que o divisor abaixo trabalhe com a lâmpada emseus valores nominais, qual o valor de R1?
8.5-A ponte de Wheatstone abaixo encontra o equilíbrioquando R4 = 10_, qual o valor de R3?
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95
8.6-É possível trabalhar com uma ponte de Wheatstonedesequilibrada?
8.7-O que acontece em um filtro RC tipo passa alta,quando é submetido a uma baixa freqüência?
8.8-Qual a utilidade prática de um divisor de tensão? Quaissuas limitações?
8.9- Procure analisar o circuito elétrico de seu laboratório.Como os equipamentos estão ligados (em série ou emparalelo)?
8.10 – Quando se usa a ligação em série? Cite exemplos emsua casa ou no laboratório.
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
98
1.AMALDI, Hugo. Imagens da Física, São Paulo: Scipione,
1995.
2.BONJORNO, Regina A. e outros. Física Fundamental –
Novo: Volume único, São Paulo: FTD, 1999.
3.CHIQUETTO, Marcos e outros. Aprendendo Física: V3, São
Paulo: Scipione, 1996.
4.CIPELI, Marco e Markus, Otávio. Ensino Modular:
Eletricidade – Circuitos em Corrente Contínua, São Paulo:
Érica, 1999.
5.FERRARO, Nicolau Gilberto e Soares, Paulo Antônio de Toledo.
Física Básica: Volume único, São Paulo: Atual, 1998.
6.MILEAF, Harry. Eletricidade V3, São Paulo: Martins Fontes,
1982.
7.PARANÁ, Djalma N. da Silva. Física para o Ensino Médio:
Volume único, São Paulo: Ática, 1999.
8.VAN VALKENBURGH, Nooger & Neville. Eletricidade Básica,
V4, Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico, 1982.
ENDEREÇOS ELETRÔNICOS:
1.http://br.geocities.com/carlosgoncalves2000/#softwares
2.http://members.nbci.com/eletron/
3.http://www.angelfire.com/de/eletronicaliceu/
4.http://www.angelfire.com/on/eletron/Eletronica.html
5.http://www.cpdee.ufmg.br/~elt/docs/doc6.htm
9BBiibblliiooggrraaffiiaa
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
99
6.http://www.geocities.com/Area51/4511/download.html
7.http://www.geocities.com/Colosseum/Stadium/3081/saúde/
ergonomia.postura.htm
8.http://www.geocities.com/MotorCity/Speedway/4675/
eletron.htm
9.http://www.webcities.com.br/duarte/
10.http://www2.claretianas.com.br/~barban/download.htm
Área de Eletroeletrônica - ELETRICIDADE E MEDIDAS ELÉTRICAS
102
A
AC – Abreviação de Corrente Alternada, mesmo que CA.
Acumulador – Dispositivo onde a energia elétrica é transformada
em energia química, para ser novamente transformada em energia
elétrica.
Alternador – Gerador de AC
Ampère – Unidade padrão de intensidade da corrente elétrica
Auto-transformador – Transformador em que parte do primário
é secundário também.
B
Bateria – Conjunto de acumuladores com a finalidade de fornecer
corrente contínua para um circuito.
Bipolar – Que possui dois pólos.
Bobina – Enrolamento de um fio condutor com a finalidade de
armazenar energia em seu campo magnético.
C
Capacitor – Dispositivo capaz de armazenar energia elétrica.
Consiste em duas placas separadas por um dielétrico.
CC – Abreviatura de Corrente Contínua.
Circuito – Corresponde a um conjunto de elementos elétricos
interligados. onde exista a possibilidade da passagem de corrente
elétrica.
10GGlloossssáárriioo
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103
Condutor – Meio por onde a corrente elétrica consegue fluir.
Corrente Elétrica – É o movimento de cargas elétricas quando
uma força é aplicada sobre elas.
D
DC – ver CC
ddp – Diferença de Potencial, o mesmo que força eletromotriz.
Descarga – Ato de retirar a energia elétrica previamente
acumulada em um dispositivo
Dielétrico – Camada eletricamente isolada.
F
Farad – Unidade de medida dos capacitores.
Fase – A posição de um sinal alternado em seu ciclo.
Fem – Força eletromotriz, mesmo que tensão elétrica.
Ferromagnético – Material que tem grande propriedade de
interação com campos magnéticos.
Filtro – Dispositivo capaz de selecionar apenas uma certa
freqüência.
Freqüência – Número de voltas ou vibrações para uma
determinada unidade de tempo (geralmente o segundo).
Fusível – Dispositivo intercalado em série com um circuito, para
protegê-lo de sobrecargas.
H
Histerese – Do grego hystéresis, atraso. Na física, é um fenômeno
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104
que ocorre quando a resposta de um sistema a uma solicitação
externa se modifica conforme varie, crescente ou decrescentemente,
esta solicitação.
I
Impedância – Resistência oferecida por um circuito a uma CA.
O
OHM – Lei que expressa que a intensidade de corrente é
diretamente proporcional à Voltagem e inversamente proporcional à
resistência.
P
Permissividade – Fator numérico que aparece na expressão
analítica da lei de Coulomb. Pode assumir diferentes valores e
dimensões, conforme o sistema de unidades de medida adotado
para exprimir as grandezas elétricas, e conforme o meio em
questão.
R
RLC – Circuito em CA constituído por resistor, bobina e capacitor.
Resistência – Propriedade de certos materiais de oferecer
oposição à passagem de corrente elétrica.
Ressonte –Circuito em CA que opera em sua freqüência natural.
Retificação – Transformação de CA em CC.
Rms – Root mean square – raiz média quadrática – mesmo que
valor eficaz.
V
Voltagem – Tensão elétrica medida em volts.
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106
CAPÍTULO I
1.7 Porque existe o risco dos cabelos se prenderem em algummecanismo e a pessoa sofrer sérias lesões.
1.8 Porque as roupas sintéticas costumam ser muito inflamáveis.
CAPÍTULO II
2.4
2.5 A resistividade é um dos fatores que determinam a resistênciade um condutor.
2.6 É outro nome para Sistema Internacional de Unidades,corresponde as iniciais dos símbolos das unidades metro,quilograma e segundo.
2.7 Os prefixos devem ser vistos como multiplicadores. Conformea tabela apresentada.
2.8 4,75 KW.
2.9 Use a tabela da página 10 (unidades de comprimento).
CAPÍTULO III
3.4 a) 2200_ = 2,2k_ ± 5%b) 1000000_ = 1M_ ± 10%
11RReessppoossttaass ddooss EExxeerrccíícciiooss PPrrooppoossttooss
Grandeza
Corrente elétrica
Tensão elétrica
Carga elétrica
Campo Magnético
Resistividade elétrica
Resistência elétrica
Capacitância
Símbolo da Grandeza
i
V
Q
B
_
R
C
Unidade Utilizada
ampère
volt
coulomb
tesla
ohms vezes metro
ohm
farad
Símbolo da Unidade
A
V
C
T
Ω.m
Ω
F
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107
c) 500000 = 500k_ ± 5%d) 0,47_ = 470m_ ± 5%
3.5 a) 600kWb) 100kWc) 35kW
3.6 a) 3kWb) 10kWc) 4kW
3.7 a) 8kWb) 10kWc) 5kW
3.8 movimento
3.9
3.10 Quanto maior o valor do resistor menor é o brilho dalâmpada. Isso porque a queda de tensão no resistor se intensifica.
CAPÍTULO IV
4.4 Porque para funcionar, uma corrente tem que circular em seuinterior, logo, ele interfere no circuito que está medindo.
4.6 São dois equipamentos distintos, porém o osciloscópiopermite ver a forma de onda de uma tensão alternada, enquantoque o multímetro apenas mede seus valores eficazes.
4.7 TRC (tubo de raios catódicos).
4.8 O filamento aquece o cátodo, que é o ponto de emissão deelétrons.
4.9 As placas defletoras horizontal e vertical.
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108
4.11 O sinal é uma linha reta horizontal, pois é um valor contínuono tempo.
CAPÍTULO V
5.4 Que desenvolvesse um dielétrico de maior constantedielétrica.
5.5 Tolerância e tensão de isolação
5.6 a) 0,39_F ± 10% 250Vb) 47nF ± 10% 250Vc) 47nF ± 20% 50V
5.7 a) 40mFb) 30pF
5.8 a) 42mFb) 10mF
5.9 a) 60mFb) 70pF
CAPÍTULO VI
6.4 a) 2 H XL = 753,6_b) 5 mH XL = 1,884_
6.5 Z = 264,266_
6.6 Z = 51,64_
6.7 Corresponde à freqüência em que a reatância capacitiva eindutiva tem mesmo módulo.
6.8 É a relação entre a carga resistiva e a carga reativa de umcircuito.
CAPÍTULO VII
7.4 Sim. Os motores podem ser usados como geradores e osgeradores como motores.
7.5 Perdas no cobre, no fluxo e perdas por histerese, porcorrentes parasitas e por saturação.
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109
7.6 É usado um núcleo de ferro laminado.
7.7 É necessário construir o núcleo maior possível.
7.8 São linhas imaginárias que tangenciam o vetor campomagnético em todos os seus pontos.
7.9 Fig. E 7.2
CAPÍTULO VIII
8.4
8.5
8.6 Sim. Porém o equacionamento fica muito complexo.
8.7 A reatância capacitiva do capacitor fica muito maior do quea resistência e praticamente toda tensão fica sobre ele.
8.8 O divisor é uma maneira simples de atingir as condições defuncionamento de uma carga de tensão de operação abaixo dafonte do circuito. Não é viável quando a carga dissipa muitapotência.
8.9 Provavelmente, os equipamentos do laboratório estãoligados todos em paralelo, para que a corrente seja dividida entreeles.
8.10 Quando se deseja dividir a tensão entre dois equipamentos.O exemplo típico são as luzes do pinheirinho de natal, cujo valornominal de tensão lâmpada é bem abaixo da tensão da rede e sãonecessárias muitas lâmpadas para que sobre cada uma fique ovalor correto.
Programa FORMARE /Fundação Iochpe: Fone/Fax: (011) 3060.8388 • E-mail: [email protected]
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prêmio