Fundamentos de Circuitos Elétricos

Aula 1Prof. José Nilton Cantarino Gil

Estudo e Demonstração das Leis Básicas dos Circuitos Elétricos, Análise de Circuitos de Corrente Contínua, Análise de Circuitos de Corrente Alternada.

Ementa

Proporcionar conhecimentos sobre as técnicas de estudos aplicadas à interligação de dispositivos elétricos e das propriedades dos componentes usados em Circuitos Elétricos.

Compreender os fenômenos e a aplicação dos métodos relativos aos circuitos elétricos de corrente contínua e de corrente alternada; conhecer os principais instrumentos de medidas elétricas e sua correta utilização;

Objetivos

MÓDULO 1 - LEIS BÁSICAS DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS. Grandezas Elétricas Básicas. Instrumentos de Medidas Elétricas (Amperímetros,

Voltímetros, Ohmímetros, Osciloscópios) Elementos de Circuitos Elétricos (Resistores, Indutores,

Capacitores, Fontes) Associação de Resistores Lei de OHM Potência Elétrica Circuito Série e Paralelo Potenciômetro Divisor de Tensão

Conteúdos

MÓDULO 2 - CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA

  Leis de Kirckoff Teorema de Thévenin Teorema de Norton Teorema de Superposição Redes Estrela-Triângulo 

Conteúdos

MÓDULO 3 - CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA

Definição de Sinal Senoidal (Valor de Pico, Pico a Pico,

Eficaz, Freqüência, Período e Freqüência Angular). Formas de representação de um sinal senoidal (Forma

de onda, Diagrama fasorial, Expressão trigonométrica e Números complexos).

Análise de Circuitos RL, RC e RLC. Potência em Circuitos de Corrente Alternada (Potência

Real, Aparente, Reativa, Fator de Potência). Conceitos Básicos de Eletromagnetismo e Máquinas

Elétricas (Transformadores, Motores e Geradores).

Conteúdos

ORSINI, Luiz de Queiroz. Curso de circuitos elétricos. São Paulo: Edgard Blucher, 2004.

NILSSON, James W.; RIEDEL, Susan A.. Circuitos elétricos. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2003.

DORF, Richard C.; SVOBODA, James A.. Introdução aos circuitos elétricos. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2003.

Bibliografia Básica

ALBUQUERQUE, Rômulo Oliveira. Análise de circuitos em corrente contínua. 21.ed. São Paulo: Érica, 2008.

ALBUQUERQUE, Rômulo Oliveira. Análise de circuitos em corrente alternada. 2.ed. São Paulo: Érica, 2008.

QUEVEDO, Carlos Peres. Circuitos elétricos e eletrônicos.Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2000.

MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais.Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1995.

CAPUANO, Francisco Gabriel; MARINO, Maria Aparecida M.. Laboratório de eletricidade e eletrônica. 19.ed. Sao Paulo: Érica, 2002.

Bibliografia Complementar

1. Apresentação do plano de ensino e bibliografia. Conceitos Básicos de Eletrização. Formas de Eletrização. Conceito de Carga Elétrica e Campo Elétrico.

2. Conceitos de Diferença de Potencial Elétrico, Resistência e Corrente Elétrica. Lei de Ohm. Exercicios de Fixação.

3. Associação série e paralela de resitores. Conceito de resistor equivalente. Exercicios

4. Conceito de trabalho e potência elétrica. Circuitos mistos. Exercicios.5. Conceito de malha e nó. Leis de Kirchoff para as malhas e nós.

Exercicios. 6. Exercicios de fixação. Resolução de diversos exercícios utilizando Leis

de Kirchoff aplicadas a circuitos lineares.7. Resolução de Exercicios sobre circuitos lineares utilizando o método da

superposição.8. Transformaçoes Delta x Y. Exercícios de fixação. 9. Prova – nota 1

Cronograma de Aulas

10. Exercicios. Resolução da prova em sala. Entrega de resultados.11. Conceitos de fontes ideais e reais. Associação de fontes. Teorema de Thevenin.

Exercicios.12. Teorema de Norton. Exercicios utilizando teoremas de Norton e Thevenin.13. Circuitos de Corrente Alternada. Representação de fasores. Transformações

coordenadas polares para cartesiana e vice-versa. Exercícios.14. Conceitos básicos de reatância, impedância, potências ativa, reativa e aparente.

Fator de potência.15. Circuitos RC e RL Série. Cálculo da potência em circuitos indutivos e capacitivos.

Exercicios16. Circuitos RLC Série – Exercicios.17. Circuitos RC e RL Paralelo – Cálculo de Potencia em circuitos RC paralelo.18. Circuito RL Paralelo e RLC paralelo. Cálculo de potência em Circuitos RC e RlC

paralelos.19. Prova – Nota II20. Entrega de Resultados. Exercicios de Fixação visando Prova Final.21. Prova Final

Cronograma de Aulas

Elementos de Eletrostática Sabemos que todos os elementos são

constituídos de átomos. Cada átomo possui prótons, neutrons e

elétrons.

Os prótons e elétrons possuem uma propriedade física chamada de carga elétrica.

Como as cargas dos prótons e elétrons têm caracteristicas opostas, resolveu-se atribuir sinal algébrico à essas cargas, convencionando-se positivo para as cargas dos prótons e negativo para as dos elétrons.

Elementos de Eletrostática

Em um átomo neutro, o número de prótons é igual ao número de elétrons.

Se um átomo possui mais elétrons do que prótons ele está carregado negativamente.

Caso contrário, isto é, o número de elétrons é menor que o de prótons.

Dizemos que um corpo eletricamente carregado está ionizado.

Elementos de Eletrostática

A quantidade de carga adquirida por um corpo depende da quantidade de elétrons retirados ou colocados no corpo.

Elementos de Eletrostática

Condutores e Isolantes◦ Condutores elétricos são materiais que possuem

muitos elétrons em suas últimas camadas, denominados “elétrons livres”.

◦ Isolantes elétricos possuem elétrons em suas camadas mais distantes muito ligados ao seu núcleo.

◦ Condutores permitem a movimentação ordenada de cargas elétricas utilizando-se dos elétrons livres.

◦ Os termos isolante e condutor, na realidade são relativos, pois sob certas circunstâncias um isolante pode se comportar como um condutor e vice-versa.

Elementos de Eletrostática

A carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga elétrica possível de existir. É a carga que um elétron carrega, a qual designaremos como qe.

Se n elétrons colocados, significa que estamos colocando no corpo uma carga negativa (Q<0).

Q = n. qe |qe|=|qp|

Carga Elétrica Elementar

A unidade de carga elétrica é o Coulomb (C).

1 C = 6,25 . 1018 .qe

Unidade de Carga Elétrica

Eletrização por Atrito Atritando uma régua de plástico em um

pano de seda, verifica-se a situação da figura 2.8.

Atritando-se uma barra de ebonite com um tecido de lã, verifica-se a situação da figura 2.9.

Eletrização por Contato Antes de considerarmos esse tipo de

eletrização, façamos uma analogia com a hidráulica, já que muitos conceitos são semelhantes.

Eletrização por contato Assim como no circuito hidráulico, podemos

pensar em um circuito elétrico onde cada vaso seja um corpo carregado eletricamente com cargas diferentes e existe um condutor que interliga esses corpos.

Haverá um fluxo de cargas entre esses corpos interligados eletricamente até que as cargas dos corpos se equilibrem, isto é, que não haja diferença entre elas.

Para um corpo eletrizado, define-se uma grandeza denominada de potencial elétrico.

O potencial elétrico depende da quantidade de carga que o corpo possui, das suas dimensões e do meio onde está o corpo.

O potencial elétrico está relacionado com a capacidade que as cargas armazenadas têm de realizar um trabalho.

Potencial Elétrico

No caso do corpo ser esférico e de raio R, o seu potencial elétrico é dado pela equação:

V= K.Q R

onde:Q = carga da esfera, em CoulombsR = raio da esfera em metrosK = constante em N.m2/c2

V = potencial da esfera em volts (V)

Potencial Elétrico

Sejam duas esferas A e B, a primeira eletrizada negativamente (QA<0) e a segunda neutra (QB=0), ligadas por um fio condutor no qual existe uma chave inicialmente aberta.

Potencial Elétrico

Potencial Elétrico Algumas conclusões podem ser tiradas:

a) Só haverá deslocamento de cargas de um condutor para outro (só haverá corrente elétrica) enquanto houver d.d.p. (tensão elétrica)b) Cargas negativas (elétrons no caso) deslocam-se sempre de potenciais menores para potenciais maiores.c) Podemos também pensar que “cargas positivas deslocam-se de potenciais maiores para menores”

Na eletrização por indução, ao contrário da eletrização por atrito e contato, não existe contato físico entre as partes.

Consideremos a sequência de eventos:◦ a) Inicialmente os corpos estão muito afastados

um do outro, de forma que não há influência mútua entre os dois. O corpo inicialmente carregado é chamado de indutor e o neutro, induzido.

Eletrização por Indução

Eletrização por Indução◦ b) Ao aproximarmos os dois corpos, a influência

das cargas negativas do corpo A sobre os elétrons livres do corpo B provoca uma separação de cargas (polarização) no corpo B.

Eletrização por Indução◦ c ) Sem afastar os corpos vamos ligar a

extremidade negativa de B à terra que pode ser considerada uma esfera condutora com raio infinitamente grande. Como o potencial de uma esfera é dado por V=(K.Q)/R, o potencial da terra é sempre considerado zero.

◦ Como existe uma d.d.p. entre a extremidade do corpo B e a terra haverá deslocamento de elétrons do corpo B para terra, cessando quando o potencial da extremidade de B for igual ao da terra.

◦ d) Sem afastar os corpos cortamos a conexão de B com a terra, fazendo que o corpo B fique carregado positivamente,

Eletrização por Indução

◦ e) O corpo A permanece com a mesma carga inicial. A carga adquirida pelo corpo B foi fornecida pela terra.

◦ Ao afastar os dois corpos as cargas distribuem-se pela superficie do corpo B.

Eletrização por Indução

São aparelhos utlizados para detectar se um corpo está ou não carregado eletricamente.

O tipo mais simples é um pendulo elétrico, formado por uma haste que suporta uma esfera de material leve, recoberta por uma camada condutora, presa por um fio isolante.

Eletroscópios

A forma de utilização do pêndulo elétrico para verificar a existência de carga está demostrada na figura abaixo:

Eletroscópios

Eletroscópios