Fundamentos de Circuitos Elétricos

Aula 1
Prof. José Nilton Cantarino Gil
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Estudo e Demonstração das Leis Básicas dos
Circuitos Elétricos, Análise de Circuitos de
Corrente Contínua, Análise de Circuitos de
Corrente Alternada.
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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;
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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
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MÓDULO 2 - CIRCUITOS DE CORRENTE
CONTÍNUA
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Leis de Kirckoff
Teorema de Thévenin
Teorema de Norton
Teorema de Superposição
Redes Estrela-Triângulo
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MÓDULO 3 - CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA
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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).
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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.
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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.
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Apresentação do plano de ensino e bibliografia. Conceitos
Básicos de Eletrização. Formas de Eletrização. Conceito de
Carga Elétrica e Campo Elétrico.
Conceitos de Diferença de Potencial Elétrico, Resistência e
Corrente Elétrica. Lei de Ohm. Exercicios de Fixação.
Associação série e paralela de resitores. Conceito de resistor
equivalente. Exercicios
Conceito de trabalho e potência elétrica. Circuitos mistos.
Exercicios.
Conceito de malha e nó. Leis de Kirchoff para as malhas e nós.
Exercicios.
Exercicios de fixação. Resolução de diversos exercícios
utilizando Leis de Kirchoff aplicadas a circuitos lineares.
Resolução de Exercicios sobre circuitos lineares utilizando o
método da superposição.
Transformaçoes Delta x Y. Exercícios de fixação.
Prova – nota 1
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Exercicios. Resolução da prova em sala. Entrega de resultados.
Conceitos de fontes ideais e reais. Associação de fontes. Teorema de Thevenin.
Exercicios.
Teorema de Norton. Exercicios utilizando teoremas de Norton e Thevenin.
Circuitos de Corrente Alternada. Representação de fasores. Transformações
coordenadas polares para cartesiana e vice-versa. Exercícios.
Conceitos básicos de reatância, impedância, potências ativa, reativa e aparente. Fator
de potência.
Circuitos RC e RL Série. Cálculo da potência em circuitos indutivos e capacitivos.
Exercicios
Circuitos RLC Série – Exercicios.
Circuitos RC e RL Paralelo – Cálculo de Potencia em circuitos RC paralelo.
Circuito RL Paralelo e RLC paralelo. Cálculo de potência em Circuitos RC e RlC
paralelos.
Prova – Nota II
Entrega de Resultados. Exercicios de Fixação visando Prova Final.
Prova Final
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Sabemos que todos os elementos são
constituídos de átomos.
Cada átomo possui prótons, neutrons e
elétrons.
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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.
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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.
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A quantidade de carga adquirida por um
corpo depende da quantidade de elétrons
retirados ou colocados no corpo.
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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.
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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|
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A unidade de carga elétrica é o Coulomb (C).
1 C = 6,25 . 1018 .qe
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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.
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Antes de considerarmos esse tipo de
eletrização, façamos uma analogia com a
hidráulica, já que muitos conceitos são
semelhantes.
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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.
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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.
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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 Coulombs
R = raio da esfera em metros
K = constante em N.m2/c2
V = potencial da esfera em volts (V)
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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.
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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”
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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.
◦ 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.
◦ 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,
◦ 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.
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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.
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A forma de utilização do pêndulo elétrico
para verificar a existência de carga está
demostrada na figura abaixo: