Tensão elétrica ou ddp

Campo elétrico (E) e Força elétrica (F)
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Assim como a Terra tem um campo gravitacional
que influencia os corpos nele “imersos”, uma
determinada carga elétrica Q (tenhamos esta
como carga geradora de campo) gera um campo
elétrico E – grandeza vetorial - , que influencia
cargas q (entendida como carga que sente o
campo) ao seu redor.
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A força elétrica que atua em q é dada por :
F = q.E
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Pode-se, também, observar a força de interação
entre Q e q, fornecida pela Lei de Coulomb:
F = k.Q.q/d²
onde k é chamada constante eletrostática e, no
vácuo, vale 9. 10^9 N.m²/C².
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Dizemos que as cargas positivas criam linhas de
campo “para fora” e, as negativas, “para
dentro”. Assim, com a figura acima, percebe-se
que, quando q>0, os vetores E e F têm o
mesmo sentido.
Tensão elétrica ou ddp (diferença de potencial)
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É a capacidade que a carga elétrica tem de realizar
trabalho. Sua unidade é o Volt (V).
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A ddp de1 Volt significa gastar uma energia de 1
Joule (J) para transportar uma carga de um Coulomb
(C) de um ponto A para um ponto B:
1V = 1J/1C
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Imagine um campo elétrico (E) gerado por uma
carga Q; colocando-se uma carga de prova q nesse
campo, esta carga é atraída ou repelida por Q,
adquirindo energia cinética. Quando esta energia
está ligada a um campo elétrico, ela é chama de
energia potencial elétrica (Ep):
Ep = k.Q.q/d
onde k é chamada de constante eletrostática e d é a
distância entre os corpos com carga Q e q.
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O potencial elétrico (U), uma grandeza escalar,
por sua vez, é dado por :
U = k.Q/d
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A tensão elétrica é também chamada de diferença
de potencial, porque, quando dois pontos no espaço
possuem potenciais diferentes – e obviamente há
diferença de potencial -, percebem-se certos
fenômenos elétricos. Por exemplo: dizer que a
tensão de uma casa é 127V significa que, entre os
dois polos do interruptor, há uma diferença de
potencial igual a 127V. A partir disso, relacionam-se
outros conceitos – corrente elétrica, potência
elétrica... – para que se comece a entender um
pouco sobre o fascinante mundo da eletricidade.
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Fórmulas resultantes daquelas já apresentadas:
• Ep = q.U
• U = E.d
Corrente elétrica (i) e Resistência elétrica (R)
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Quando expandimos nosso universo para além da
eletrostática e passamos a considerar o
movimento das cargas, faz-se necessário o
entendimento do conceito de corrente elétrica.
Corrente elétrica nada mais é que o
deslocamento de cargas em determinada direção e
sentido. Para calcular sua intensidade na secção
transversal de um condutor, considera-se o módulo
da carga que passa por ele em determinado tempo:
I = |Q|/t
Por sua vez, |Q|= n.e, onde n é o número de
elétrons e e o módulo da carga elétrica de cada
um, a saber : 1,6.10^-19 C.
A unidade para a intensidade de corrente é o
Ampère (A), que equivale a C/s.
Quando um condutor é submetido a uma tensão U
e, por ele, passa uma corrente i, percebe-se que
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essas duas grandezas são diretamente
proporcionais (para a maioria dos condutores), ou
seja, a razão U/i é uma constante.
A essa constante dá-se o nome de Resistência (R),
que relaciona-se a fatores como, por exemplo, a
natureza do material. O nome é intuitivo: remete,
realmente, à dificuldade oferecida pelo material à
passagem de elétrons.
R=U/i (1ªLei de Ohm)
A unidade de resistência é o Ohm ().
Quando a relação acima é verdadeira (ou seja,
quando R é constante), o material analisado
chama-se resistor ôhmico.
Potência elétrica
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Potência dissipada é a quantidade de energia
térmica (Et) que passa por um condutor em
determinado intervalo de tempo:
P = Et/∆t
(Como U = R.i):
P = R.i²
P = U²/R
A sua unidade é o Watt (W), equivalente a J/s.
Considerando que toda perda de energia em um
circuito resulta do efeito Joule*, admitimos que a
energia transformada em calor é igual à energia
perdida por uma carga q que passa pelo condutor:
• Et = Epi – Epf
Et = q.U1 – q.U2 = |q|.U
Logo, P = |q|.U/∆t
Mas, como i = |q|/∆t , então:
P = U.i
*Um condutor é aquecido devido à
transformação de energia elétrica em
energia térmica, devido às colisões do
elétrons com os átomos do condutor, que,
agitados pelos choques, têm sua
temperatura aumentada. A esse fenômeno
dá-se o nome de efeito Joule. Este efeito é
aproveitado em aparelhos como o chuveiro,
ferro elétrico e secador de cabelo.
Efeitos da corrente no corpo humano
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O choque elétrico nada mais é que a passagem de
uma corrente elétrica através do corpo humano,
podendo causar desde uma sensação desagradável,
até fortes queimaduras ou mesmo a morte.
A fim de evitar choques elétricos, uma medida
muito importante para a qual se atenta cada vez
mais é o aterramento.
A concessionária de distribuição elétrica fornece
basicamente dois fios de energia: neutro e fase. O
neutro possui o potencial igual a zero e o cabo fase
é aquele por onde passa a tensão elétrica
transmitida.
Podem existir “sujeiras”, causadas pela fuga de
energia em aparelhos elétricos e eletrônicos: essa
fuga ocorre na superfície dos equipamentos
elétricos ou eletrônicos, devido a falhas ou mesmo
a características de cada aparelho. Ao encostar-se
nesta superfície, estamos sujeitos a levar um
choque elétrico, de intensidade variável.
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O choque acontece porque existe uma diferença de
potencial entre a pessoa e o equipamento.
Aterramento elétrico significa colocar instalações e
equipamentos no mesmo potencial, de modo que a
diferença de potencial entre a terra e o
equipamento seja a menor possível.
O terra é o conector com diferença de potencial
igual a zero (é o pino do meio das tomadas de três
pinos, por exemplo). Diferente do neutro, ele não
altera o seu valor por meio de “sujeiras”; pelo
contrário, por meio do terra, elas são eliminadas, o
que impede que fugas de energia fiquem na
superfície dos aparelhos, eliminando-as para a
terra (daí o nome).
• No setor elétrico há a necessidade de se determinar a
corrente limite de fibrilação* em função do tempo de
choque.
• 99,5% das pessoas com mais de 50kg suportam, sem
fibrilação: i = 0.116/√t , sendo 0,03≤t≤3 (s) o
tempo do limiar de fibrilação.
*Fibrilação ventricular é uma arritmia cardíaca grave
em que não existe sincronização de contração entre as
fibras musculares cardíacas.
Representação das resistências e possíveis caminhos de
circulação da corrente elétrica
Descargas atmosféricas
Corrente contínua (CC) – ou DC, em inglês
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É aquela que não tem seu sentido alterado, ou
seja, é sempre positiva ou sempre negativa.
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Nos circuitos DC, ocorre a utilização direta da 1ª Lei de Ohm : U=R.i
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É interessante conhecer, também, a 2ª Lei de Ohm para cálculo de resistência a partir da resistividade elétrica de
um condutor, a área da sua secção transversal e o comprimento considerado:
Circuito em corrente contínua
• Quando há a necessidade de efetuar cálculos
relacionados a circuitos elétricos, é interessante
conhecer as 2 Leis de Kirchhoff:
1ª Lei de Kirchhoff (Lei dos Nós) – primeiramente,
um nó é um ponto onde três ou mais condutores estão
ligados.
Essa lei diz que, em qualquer nó, a soma das correntes
que o deixam (ou seja, que têm sentido para fora dele) é
igual à soma das correntes que chegam até ele. Isso é
consequência da conservação da carga total existente no
circuito.
2ª Lei de Kirchhoff (Lei das Malhas) – malha é
qualquer caminho condutor fechado.
Essa lei diz que a soma algébrica das forças
eletromotrizes* (E) em qualquer malha é igual à soma
algébrica das quedas de potencial ou dos produtos R.i
contidos na malha.
*A força eletromotriz, expressada em Volt, não deve ser
confundida com a d.d.p., apesar de estar relacionada a ela:
U = E – R.i (equação característica de um gerador)
Corrente alternada (CA) – ou AC, em inglês
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É a corrente que tem seu sentido invertido
periodicamente, ou seja, ora é negativa, ora é
positiva.
Este tipo de corrente é aquele que ocorre na rede
elétrica residencial.
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No sistema brasileiro de transmissão de energia
elétrica, ocorrem 120 inversões a cada segundo, ou
seja, a corrente elétrica, a cada segundo, percorre o
condutor 60 vezes em um sentido e 60 vezes em
outro. Por isso, diz-se que a frequência da corrente
elétrica no Brasil é 60Hz.
• A principal aplicação dos circuitos trifásicos encontra-se
na distribuição da energia elétrica pela companhia de
distribuição. É comprovado que a melhor forma de
produzir, transmitir e consumir energia elétrica é
usando circuitos trifásicos.
• O fornecimento total da energia elétrica é realizado por
meio de uma rede de corrente alternada com três fases,
normalmente conhecida como rede de corrente trifásica.
• A energia elétrica gera-se com geradores de corrente
trifásica. Um gerador de corrente trifásica tem um
campo magnético muito simples dentro do qual giram
três bobinas distribuídas simetricamente. A simetria é
garantida por meio de uma distribuição espacial das
bobinas em 120º.
• Outra forma simplificada de gerar tensão alternada
trifásica é girando um ímã ao redor de 3 bobinas fixas,
distribuídas espacialmente em 120º.
• O resultado do movimento giratório do ímã, com
velocidade constante, são três tensões alternadas
monofásicas, completamente independentes, de igual
amplitude e igual frequência.
• Como o ímã atravessa as bobinas com o seu valor
máximo em intervalos de 120º entre cada uma delas, as
três bobinas formam as chamadas fases da máquina.
• Em cada fase gera-se uma tensão, chamada tensão de
fase.
Geradores de Itaipu
Medição de energia elétrica
• Medidores do tipo eletromecânico : são os mais
comumentes utilizados, devido à sua robustez e
baixo custo. Por isso, representa cerca de 80% a 90%
do mercado.
• Medirores do tipo eletrônico: vem ganhando
espaço por ser capaz de fazer medições mais
complexas em relação ao eletromecânico.
Medidores inteligentes: os medidores inteligentes de energia elétrica são ainda raros no mercado. Devem possuir a
capacidade de medir o consumo da energia elétrica, bem como várias outras grandezas, com conectividade por meio de
moderna comunicação com o sistema de informação da concessionária de energia, possibilitando o envio das informações
de consumo, controle da demanda e imagem presencial local em tempo real.