guia manga eletrónica

7/30/2019 Guia manga eletrnica

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Guia mang de

Eletricidade

Kazuhiro FujitakiMatsuda

Trend-pro Co., Ltd.

novatec


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Sumio

PREFCIO xi

Plogo:De Electopia, a Tera da Eleticidade 1

1O QUE ELETRICIDADE? 13

A eletricidade e a vida cotidiana 14Unidades eltricas 15Eletricidade em casa 19

Como a eletricidade funciona 25A verdadeira natureza da eletricidade 26Corrente e descarga eltrica 30Estrutura atmica e condutividade 34

Eletricidade esttica 36A srie triboeltrica 40Usos da eletricidade esttica 43

Etiquetas nos produtos eltricos do consumidor 45Tenso e potencial 46tomos e eltrons 47Eletricidade esttica 49

Fora eletrosttica 49A srie triboeltrica 51Movimentao de cargas e direo da corrente 51

2O QUE SO CIRCUITOS ELTRICOS? 55

Circuitos eltricos em aparelhos do dia-a-dia 56O circuito de uma lanterna 59Partes de um circuito eltrico 61

A lei de Ohm e os mtodos de conexo de componentes eltricos 67

Circuitos eltricos e lei de Ohm 68Conexes em srie e em paralelo 69

Circuitos eltricos e corrente 73Smbolos grficos 73Circuito de corrente contnua e circuito de corrente alternada 74

Lei de Ohm 76Resistividade e condutividade 77Resistncia equivalente 78


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viii Sumio

3Como a eleticidade funciona? 81

Por que a eletricidade produz calor? 82Eletricidade e calor de Joule 85Como o calor gerado pela corrente? 87Emisso trmica e luminescncia 90

Corrente e campos magnticos 94

Regra da mo esquerda de Fleming (para motores cc) 98Regra da mo direita de Fleming (para geradores) 100

Calor de Joule 104Vibrao trmica 104Ondas eletromagnticas 106Eletricidade e magnetismo 107Regra da mo esquerda de Fleming e motores 109Regra da mo direita de Fleming e os geradores eltricos 110Eletricidade e bobinas 111

Bobinas e induo eletromagntica 111

Bobinas e indutncia 112Bobinas e corrente alternada 113Bobinas e transformadores 114

Capacitores 115Capacitores e corrente alternada 115

4Como voc gea eleticidade? 117

Geradores 118Como o gerador de energia produz eletricidade? 121

Pilhas (ou baterias) e outras fontes de eletricidade 124Clulas qumicas 126O que acontece em uma pilha de clula seca? 132gua e clulas de combustvel 135nodos e ctodos 138

Criando a sua prpria pilha de moeda 140Pilhas termeltricas 141Eletricidade gerada por usina de energia 147

Gerao de energia trmica 149Gerao de energia nuclear 151Gerao de energia hidreltrica 152

Gerao de energia elica 154


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Sumio ix

5Como usa a eleticidade adequadamente? 155

O que so semicondutores? 161Diodos e transistores 169

Diodos emissores de luz 174Transistores 176

Diodos 186

Transistores 188Transistor de efeito de campo 188Conversores e inversores 189Sensores 190

Sensores de temperatura 190Sensores pticos 192

eplogo 197

ndice 201


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2 Prlogo

MA, O ETUDANTEDE ELECTOPIA TMO MEMO TIPO DEPOBLEMA QUE O

ETUDANTE DA TERA.

ereko...

ABE PO QUECHAMEI VOC

AQUI?

Uh...um...

BOM, EU NUNCA FUIMUITO EPETA...

MA INCEAMENTE,NO EI.

TUDO BEM. VOC QUAEACETOU A EPOTA.

ELECToPIA

este um mundo onde osdispositivos eletrnicos soum pouco mais avanados que

os da teRa.

* ECOLA CENTALDE TEINAMENTO

ELTICO

*

*

* ALA DOPOFESOE DAECOLA TCNICA


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J QU PODMO ECV SAQUAO COMO...

CORN (A) =

Potncia (W)

tenso (V)

...AMBM PODMO FACILMNNCONA A CORN.

PAA ACHALIA

LICA...

...N MO

1000W

100V= 10A

NO ?

CORO!

AGOA VAMO V A NGIA. ACONA LICA MNAL VM NAUNIDAD KWH (QUILOWAT-HOA)

QU PNA A QUANIDAD DNGIA LICA QU UMA FAMLIA

UILIZA...

PA... AQUI!

18 Captulo 1 O que letricidade?


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A srie triboeltrica 51

A srie triboeltrica

A eletricidade esttica mais facilmente gerada quando o ar fica mais seco - a umidade

impede a eletricidade esttica de se reunir em uma superfcie. Alm disso, algumas roupas

se tornam facilmente carregadas, enquanto que outras no, dependendo do material de que

so feitas. J que a seda tem boa absoro de gua e contm muito mais umidade que as

fibras sintticas, isso pode reduzir a ocorrncia de eletricidade esttica.

As polaridades das cargas geradas pela frico variam conforme os materiais que so

esfregados juntos. Essas diferenas so representadas pela srie triboeltrica. Por exemplo,se cabelo e algodo forem esfregados juntos, o cabelo vai se tornar positivamente carregado

e o algodo vai se tornar negativamente carregado, mas para algodo e vinil, o algodo vai

se tornar positivamente carregado e o vinil vai se tornar negativamente carregado.

Quanto mais afastados os materiais ficam na srie triboeltrica, mais eletricidade est-

tica gerada entre eles, e quanto mais prximos na srie triboeltrica os objetos estiverem,menos eletricidade esttica gerada. Em outras palavras, voc pode reduzir a ocorrncia de

eletricidade esttica ao vestir roupas feitas de materiais que ficam prximos na srie tribo-

eltrica.

Movimentao de cargas e direo da corrente

O relmpago tambm resultado de eletricidade esttica. O relmpago ocorre quando a

eletricidade esttica produzida pela frico de granizo e partculas de gelo em uma nuvem

descarrega entre a nuvem e a terra. No caso do relmpago, existe o ar (isto um isolante

pelo qual a eletricidade tem dificuldade de passar) entre as cargas positivas e negativas,

ento a descarga no ocorre facilmente.Quando uma grande quantidade de carga se forma e a diferena potencial entre as

cargas positivas e negativas extremamente grande, o isolamento do ar de repente se que-

bra e ocorre uma descarga eltrica. A descarga eltrica o fenmeno no qual a carga passa

continuamente. Esse fluxo contnuo de eletricidade chamado de corrente.

SRIE TRIBOELTRICANegativo Positivo

PELE

VINI

L

POLI

ETILENO

POLI

STER

COBR

E

BORR

ACHA

MADE

IRA

AO

ALGO

DO

PAPE

L

SEDA

L

Nylo

n

CABE

LO

VIDR

O

A srie triboeltrica


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E EPEENTAMO ISO EM UMAFMULA, VAI FICA ASIM:

GRR!ISO MEMOCOMPLICADO.

BEM, VAMO pensarem casos simples

PIMEIO, OK?

Ok...

E DUA LMPADA

IDNTICA ETIVEEMCONECTADA EMIE, O VALO DAEITNCIA ODOBO, CETO?

NESE CAO, J QUE ACORENTE PELA METADE,A LUMINOIDADE DE CADA

LMPADA MAI FACA DO QUEQUANDO UMA LMPADA ET

CONECTADA.

PAA OBTEMOEM AMBA A

LMPADA A MEMALUMINOIDADE DEUMA NICA LMPADACONECTADA, N

DEVEMO DOBA Atenso.

EITNCIAequivalente

=1

1 1

R1 R2

+=

R1 R2

R1 + R2

(PODUTO pela OMA)

tuf

R1

R2

1LMPADA

2

LM

PADA

Clic

BRILHANTE

FRACA

Conexes em srie e em paralelo 71


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78 Captulo 2 O que so circuitos eltricos?

esistncia equivalente

Existem dois mtodos bsicos de conectar componentes eltricos. Vamos ver ambos com

relao resistncia. Quando existem mltiplas resistncias em um circuito, podemos con-

sider-las como uma nica resistncia equivalente.

O mtodo de conectar resistncias em uma fila chamado de conexo em srie. Ns

calculamos o valor da resistncia equivalente de uma conexo em srie pela soma dos valo-

res das resistncias individuais.

Resistncia efetiva = R0 = R1 + R2 + ... + Rn

Nesta conexo, a intensidade da corrente que passa em cada resistncia a mesma. A

tenso da fonte de alimentao a tenso dividida para cada resistncia..

Se duas lmpadas do mesmo tamanho forem conectadas em srie a uma fonte de

alimentao, a corrente ser a metade, e a luminosidade de cada lmpada vai ser mais

fraca do que quando apenas uma lmpada estava conectada, pois a resistncia equivalente

dobrou. Neste caso, a tenso em ambos os lados de cada lmpada ser a metade do valor

da tenso da fonte de alimentao.

+

R0

= R1+ R

2+ R

3+ ... + R

n

RESISTNCIA EFETIVA

CONEXOEM SRIE

R1 R2 R3 Rn

V1

V2

V3

Vn

CALCULAR A TENSO DA FONTE DE ALIMENTAO

PELA DIVISO DA TENSO PELA SOMA DAS RESISTNCIAS.

TENSO DA FONTE DE ALIMENTAO (V)

Conexo em srie e resistncia equivalente


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EEKO, VOC SABE OQUE ISTO SIGNIFICA?

profesorHIKAU! CLAO!

VOC EST ATIANDOPAPEL, TESOUAS,E PEDAS! IsO

IMBATVEL!

NO...EU NO qui dizer

O jogo DE PEDAS,PAPEL E TESOUAS.

SE UM CONDUTO FO COLOCADOEM UM CAMPO MAGNTICO E PAsACORENTE, UMA FOA EXECIDA

SOBE O CONDUTO que SE

MOVIMENTA CONFOME AREGRA DAMO ESQUERDA DE FLEMING.

QUANDO A SUAMO ESQUEDA COLOCADA DESTA

FOMA...

EsA EGA DIZ QUE O DEDOINDICADO APONTA NA DIEO DOCAMPO MAGNTICO (N PAA S), O

DEDO MDIO APONTA NA DIEO EMQUE A CORENTE SE MOVIMENTA, E OCONDUTO SE MOVIMENTA NA DIEO

INDICADA PELO POLEGA, COMOESULTADO DA FOA QUE AGE NA

MESMA DIEO.

A MOESQUEDA...

ESTA?

egra da mo equerda defleming (para motore cc)

Papel teoura

pedra

O CONDUTO SE MOVIMENTANESTA DIEO

O CAMPO MAGNTICO

APONTA DE NOTE PAA SULNESTA DIEO

A CORENTEPAsANESTA

DIEO

98 Captulo 3 Como a eletricidade funciona?


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FLEMING TAMBM TEM

UMA EGA DA MODIEITA!

O QUE EsA EGADIZ?

SE UM CONDUTO SEMOVIMENTA ENTE OSPolo DE UM IM, OCONDUTO CUZA umCAMPO MAGNTICO.

Ok...

UMA AO QUE FAZ A ELETICIDADEFLUI, QUE CHAMADA DE FORA

ELETROMOTRIZ, GEADA NOCONDUTO NEse momento, E A

CORENTE PAsA.

O FLUXO DEsA CORENTE NADIEO DO DEDO MDIO DA MO

DIEITA, A DIEO DO CAMPOMAGNTICO A DIEO DO DEDO

INDICADO, E A DIEO DOMOVIMENTO DO condutor ELTICO

A DIEO DO POLEGA.

egra da mo direita defleming (para geradore)

Condutor

MOVIMENTODO

CONDUTO

coRente

Movimento

O CONDUTOSE MOVIMENTANESTA DIEO

O CAMPOMAGNTICON-S APONTA

NESTA DIEO

A CORENTESE MOVIMENTANESTA DIEO

100 Captulo 3 Como a eletricidade funciona?

CAMPOMAGNTICO

CAMPOMAGNTICO


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Criando a sua prpriapilha de moeda

J QUE NABEMO QUAL

REAO QUMICAA PILHA UTILIZA,

IMPLE CRIARA NOSA PRPRIA

PILHA.

MEMO?

TUDO O QUEPRECIAMO O DOITIPO DE METAL E UM

ELETRLITO. PODEMOAT UAR ITEN

COMUN QUE TEMO MO.

POREXEMPLO...

...TUDO O QUEPRECIAMO OETA COIA!

uau!

SALDE

COZINHA MOEDI-NHA

FOLHA DEALUMNIO

GUA

PANO

BATA UAR APENA UMAMOEDINHA (DE COBRE) NO poloPOITIVO, UM PEDAO DOBRADODE FOLHA DE ALUMNIO NO poloNEGATIVO, E INERIR UM PANO

QUE EMBEBIDO EM GUA COM ALCOMO ELETRLITO ENTRE ELE,

E TEMO A PILHA!

ELETRLITO

MOEDINHA (+)folha (-)

PANO EMBEBIDOEM GUA COM AL

140 Captulo 4 Como voc gera eletricidade?


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Eletricidade gerada por usina de energia 147

Eletricidade gerada por usina de energia

Nas usinas de energia, no importa qual a fonte do movimento, uma turbina gira e produz

eletricidade em um gerador.

GERADORELTRICO TRANSFORMADOR ELETRICIDADE

turbina DE GUA

SADA DE DRENAGEMGERAO DE ENERGIA HIDRELTRICA: AENERGIA POTENCIAL DA GUA GIRA EM

UMA TURBINA DE GUA PARA mover OGERADOR ELTRICO ACOPLADO.

VAPOR VAPOR Turbina GERADORELTRICO

GUA

ELETRICIDADE

CALDEIRA

(COM COMBUSTVEL COMO LEO,CARVO, OU GS) CAMINHO DE ESCOAMENTO

CAMINHO DE ENTRADA

VAPOR

GUA

REATOR NUCLEAR(FIO NUCLEAR DE URNIO)

GUAGERAO DE ENERGIA TRMICA:COMBUSTVEIS COMO LEO OU CARVOCONVERTEM A GUA EM VAPOR PARAGIRAR UMA TURBINA E mover OGERADOR ELTRICO ACOPLADO.

GERAO DE ENERGIA NUCLEAR: O CALOR QUE GERADO QUANDO MATERIAL NUCLEAR SOFREFIO NUCLEAR CONVERTE A GUA EM VAPOR PARA GIRAR A TURBINA E mover O GERADORELTRICO ACOPLADO.

REPRESA

transfor-mador

RESERVATRIO

COMPORTA

Gerao de eletricidade em usinas de energia


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AGOA, VAMO UPOQUE N MITUAMO UM

POUCO DO ELEMENTO BOO,QUE TEM T ELTON

DE VALNCIA.

O BOO E O ILCIO LIGAM,MA EXITE UM LUGA VAZIO

DEIXADO NO EPAO QUENO TEM ELTON.

LUGA VAZIO?

ESE LUGA VAZIO CHAMADo DEburaco.

O buracos OLUGAE DE ELTON

VACANTE EMLIGAE COVALENTE.

VOC PODECONIDEA O

buraco COMO UMELTON LIVE COM

CAGA POITIVA.

Ok...

Boro

FURO

furo

deriva

buraco

buraco

emicondutores 167

deriva


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EM ALGUN DIODO, AJUNO P-N EMITE LUZ

QUANDO PASA CORENTENA polarizao DIETA.

O CHAMADODIODO emisor

de LUZ

OULEDABEVIADO.

OH IM, ESEAQUI! EU O VI NAVOE DE NATAL!

CORETO. ELA TAMBM

APAECEAM QUANDO EUEXPLIQUEI A PILHA DEMOEDA.

E UMA POLAIZAODIETA FO APLICADA

A UM DIODO QUEEMITE LUZ E PASA

CORENTE...

O ELTON E Oburacos E UNEMPETO DA JUNO

P-N E DEAPAECEM.

OH, ELE COLIDEM!

Diodos emissores de luz

PISCA

PISCA

Ho, ho, ho!

EITNCIA

CTODO

NODO

174 Captulo 5 Como usar a eletricidade adequadamente?

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