Eletricidade Aplicada
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Eletricidade Aplicada Carlos [email protected] AVALIAÇÃO: 70% Provas 30% APS (Atividades Práticas Supervisionadas) 1 Eletricidade Aplicada Natureza da Eletricidade Lei de Ohm e potência Circuitos Série, Paralelo e mistos Leis de Kirchhof Análise de circuitos em CC Fundamentos do Eletromagnetismo Capacitância, circuitos magnéticos e indutância Lei de Faraday-Lenz Perdas por histerese Análise de circuitos em CA Circuitos trifásicos Noções de transformadores, máquinas de indução síncronas e de CC Fundamentos de acionamentos elétricos LABORATÓRIO 2 Eletricidade Aplicada Natureza da Eletricidade Átomo de Lítio Matéria • • Massa e volume Elementos e Compostos Átomo/Molécula Partículas Subatômicas 3 Eletricidade Aplicada ● Átomo massa carga elétrica – Prótons 1,672 623 x 10-27 kg e – Nêutrons 1,674 928 x 10-27 kg 0 – Elétrons 9,109 389 x 10-31 kg -e – Carga Elétrica: Propriedade física fundamental que determinam as interações eletromagnéticas – e = 1,602.10-19 coulomb (carga elementar) 4 Eletricidade Aplicada 5 Eletricidade Aplicada ● Camadas de Energia – K - 2 - 2 – L - 8 - 8 – M - 18 - 8 ou 18 – N - 32 - 8 ou 18 ou 32 – O - 32 - 8 ou 18 – P - 18 - 8 ou 18 – Q - 8 - 8 6 Eletricidade Aplicada Corpos com Cargas Elétricas Unidade de Carga Elétrica = Coulomb (Q) 1 Coulomb(Q) = 6,25*10+18 e 7 Eletricidade Aplicada Campo Eletrostático 8 Eletricidade Aplicada Corrente Elétrica I = Q/T Fluxo de Corrente Elétrica 9 Eletricidade Aplicada Fontes de Eletricidade • • • • Bateria Química Gerador Efeito Piezoelétrico Efeito Fotoelétrico 10 Eletricidade Aplicada Tensões e Correntes Contínuas 11 Eletricidade Aplicada Tensões e Correntes Alternadas 12 Eletricidade Aplicada Potências de 10 ● Notação Científica ● Arredondamento de Números ● Prefixos Métricos ● 3,14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 13 Eletricidade Aplicada 14 Eletricidade Aplicada Grandeza Unidade Símbolo metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Corrente Elétrica ampere A kelvin K Quantidade de Matéria mol mol12 Intensidade Luminosa candela cd Comprimento Temperatura Termodinâmica Mol é a quantidade de substância de um sistema que contém tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012 quilograma de carbono-12 15 Eletricidade Aplicada Unidade Símbolo Dimensional Analítica Dimensional Sintética Capacitância Farad F A2.s2.s2/(kg.m2) A.s/V Carga Elétrica Coulomb C A.s --- Condutância Siemens S A2.s3/(kg.m2) A/V Energia Joule J kg.m2/s2 N.m Fluxo Magnético Weber Wb kg.m2/(s2.A) V.s Força Newton N kg.m/s2 --- Frequência Hertz Hz 1/s --- Indutância Henry H kg.m2/(s2.A2) Wb/A Intens. de Campo Magnético Tesla T kg/(s2.A) Wb/m² Potência Watt W kg.m2/s3 J/s Pressão Pascal Pa kg/(m.s2) N/m² Ohm Ω kg.m2/(s3.A2) V/A Grau Celcius °c --- Volt V kg.m2/(s3.A) Grandeza Resistência Elétrica Temperatura em Celsius Tensão Elétrica W/A 16 Eletricidade Aplicada Símbolos Gráficos e Diagramas Elétricos Diagrama Esquemático 17 Eletricidade Aplicada 18 Eletricidade Aplicada 19 Eletricidade Aplicada Lei de Ohm 20 Eletricidade Aplicada Potência – Indica a velocidade em que um trabalho é realizado. Em Eletricidade: Potência = Tensão * Corrente Energia Elétrica – Trabalho realizado em eletricidade - kWh 21 Eletricidade Aplicada Exercícios V I R a ? 2A 3Ω b 120 V ? 2400 Ω c 120 V 24 A ? d ? 8 mA 5 kΩ e 60 V ? 12 kΩ f 110 V 2 mA ? g ? 2,5 A 6,4 Ω h 2400 V ? 1 MΩ 22 Eletricidade Aplicada Exercícios 1) Um circuito é formado por uma bateria de 6 V, uma chave e uma lâmpada. Quando a chave é fechada fluem 2 A pelo circuito. Qual a resistência da lâmpada? Suponha que essa lâmpada é substituída por uma outra que requer os mesmos 6 V mas retira somente 0,04 A. Qual a resistência da nova lâmpada? 2) O filamento de uma válvula de televisão tem uma resistência de 90Ω. Qual a tensão necessária para produzir a corrente especificada na válvula, de 0,3 A? 3) Um medidor CC muito sensível retira 9 mA da linha quando a tensão é de 108 V. Qual a resistência do medidor? 4) A bobina de um relé telegráfico de 160Ω funciona com uma tensão de 6,4 V. Calcule a corrente que passa pelo relé. 5) Qual a potência gasta por um ferro de solda que usa 3 A funcionando em 110 V? 6) Uma bateria de 12 V está ligada a uma lâmpada que possui uma resistência de 10Ω. Qual a potência liberada para a carga? 7) Um forno elétrico usa 35,5 A em 118 V. Calcule a potência gerada pelo forno. 8) Uma secadora elétrica consome 360 W e retira do circuito uma corrente de 3,25 A. Calcule a sua tensão de funcionamento. 9) Um gerador recebe 7 Hp e fornece 20 A em 220 V. Calcule a potência fornecida pelo gerador e a sua eficiência. 10)Qual a potência e a energia consumidas de uma Linha de 110 V por um ferro elétrico de 22Ω em 3 h? 11)Numa certa comunidade, o custo médio da energia elétrica é de R$ 0,48 por quilowatt-hora. Calcule o custo do funcionamento de um receptor estéreo de 200 W durante 12 h nessa cidade. 23 Eletricidade Aplicada Resistência Ni-Cr 24 Eletricidade Aplicada Exercícios 1) As fontes comuns de energia usadas em circuitos elétricos são as ___________ e os ___________ . 2) Num circuito, uma lâmpada de incandescência é considerada como uma carga ___________ . 3) O elemento de resistência de um resistor de fio enrolado é constituído por um fio de ___________ . 4) A faixa em que a resistência real de um resistor pode variar a partir do seu valor nominal é chamada de ___________. 5) Um resistor grande de um dado tipo possui uma especificação de ___________ mais alta do que um resistor menor do mesmo tipo. 6) Um defeito comum nos resistores é estarem abertos ou queimados em virtude de uma ___________ excessiva através do resistor. 7) 0 valor da resistência de um circuito pode ser alterada utilizando-se um resistor ___________ . 8) O ___________ é um resistor variável usado para mudar o valor da tensão aplicada a um circuito. 9) Se a resistência de um circuito for duplicada e a corrente permanecer a mesma, a tensão aumentará ficando o seu valor o ___________ do seu valor inicial. 10)Se uma torradeira de pão que consome 1.000 W funcionar durante 30 minutos, a energia gasta será de ___________ kWh. 25 Eletricidade Aplicada Circuito série Req = R1+R2+R3 26 Eletricidade Aplicada Pilhas e Baterias Tipos Primária (Não Recarregável) Secundária (Recarregável) Características Resistência Interna Peso Específico Capacidade Vida sem uso Associações 27 Eletricidade Aplicada Exercícios ● ● ● ● ● Uma bateria de 6 V está temporariamente em curto-circuito. A corrente de curto-circuito é de 30 A. Qual a resistência interna? Uma bateria tem 12 V de saída num circuito aberto. Com uma corrente de carga de 1 A, essa tensão cai para 11,5 V. Calcule a resistência interma. Uma bateria de chumbo ácido tem uma especificação de 200 Ah. Com base numa descarga de 8 horas, que corrente de carga média esta bateria pode fornecer? A tensão do terminal VL cai à medida que a corrente de carga IL aumenta. Para uma bateria de 12 V com uma resistência interma de 1 ohm, variamos a resistência de carga de um valor bem alto até zero, a fim de se observar a variação da tensão do terminal com a corrente de carga. Preencha os valores que estão faltando na tabela. VB [V] Ri [Ω] RL [Ω] 12 1 α 12 1 9 12 1 5 12 1 3 12 1 1 12 1 0 RT=RL+Ri [Ω] IL [A] IL*Ri [V] VL = VB-IL*Ri Quantas pilhas são necessárias para formar uma bateria com o dobro das especificações de tensão e corrente de uma única pilha? Faça um diagrama esquemático. 28 Eletricidade Aplicada Condutores Extraída da norma NBR 5410:2004, a tabela ao lado descreve a capacidade de corrente, em ampéres (A), para condutores de cobre com isolação de PVC (70°C), para os métodos de referência B1 e B2. B1: Condutores isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria. Temperatura Ambiente: 30ºC. B2: Cabo multipolar em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria. Temperatura Ambiente: 30ºC. Em nenhum caso a queda de tensão nos circuitos terminais pode ser superior a 4%, mas quedas de tensão maiores são permitidas para equipamentos com corrente de partida elevada, durante o período de partida, desde que dentro dos limites permitidos em suas normas respectivas. 29 Eletricidade Aplicada Critério de Queda de Tensão Resistência (Ω) = resistividade (Ωm) x comprimento (m) / (Área da secção transversal (m²) Cobre: 1.72×10−8 Ω m (a 20°C) - Coeficiente: 0,0039 °C-1 R=R20(1+α20(T−20)) a 30°C ==> 1.78×10−8 Ω m Calcular a resistência de 30 m de um cabo condutor de cobre de 0,75 mm2 a 30°C. R = ??? 30 Eletricidade Aplicada Circuito Paralelo 1/Req = 1/R1+1/R2+1/R3 31 Eletricidade Aplicada Circuito Misto 32 Eletricidade Aplicada Leis de Kirchhoff 1ª - Em um nó, a soma das correntes elétricas que entram é igual à soma das correntes que saem. 2ª - A soma algébrica da d.d.p (Diferença de Potencial Elétrico) em um percurso fechado é nula. 33
