Capítulo 2
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ELETRICIDADE CAPÍTULO 2 ELEMENTOS DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS 2.1 - INTRODUÇÃO - EXISTEM CINCO ELEMENTOS BÁSICOS IDEAIS QUE SÃO UTILIZADOS EM CIRCUITOS ELÉTRICOS. - ELEMENTOS ATIVOS (GERAM ENERGIA ELÉTRICA) : – FONTES DE TENSÃO; – FONTES DE CORRENTE. - ELEMENTOS PASSIVOS (CONSOMEM ENERGIA ELÉTRICA) : – RESISTORES – TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA EM TÉRMICA; – INDUTORES – ARMAZENAM ENERGIA NA FORMA DE CAMPO MAGNÉTICO; – CAPACITORES – ARMAZENAM ENERGIA NA FORMA DE CAMPO ELÉTRICO. - NESTE CAPÍTULO SÃO DISCUTIDAS AS CARACTERÍSTICAS DAS FONTES DE TENSÃO, DAS FONTES DE CORRENTE E DOS RESISTORES. - AS RELAÇÕES MATEMÁTICAS ENTRE TENSÕES, CORRENTES E RESISTORES SÃO ALGÉBRICAS. 2.2 – FONTES DE TENSÃO E CORRENTE - UMA FONTE DE ENERGIA ELÉTRICA É UM DISPOSITIVO CAPAZ DE TRANSFORMAR OUTRAS FORMAS DE ENERGIA EM ENERGIA ELÉTRICA. - UMA BATERIA TRANSFORMA ENERGIA QUÍMICA EM ENERGIA ELÉTRICA. - UM GERADOR, TRANSFORMA ENERGIA MECÂNICA EM ENERGIA ELÉTRICA. - UM AEROGERADOR, TRANSFORMA ENERGIA EÓLICA EM ENERGIA ELÉTRICA. - UM PAINEL FOTOVOLTÁICO, TRANSFORMA ENERGIA EM ENERGIA ELÉTRICA. - ESTES DISPOSITIVOS SÃO CAPAZES DE FORNECER ENERGIA ELÉTRICA MANTENDO A TENSÃO, OU A CORRENTE, EM VALORES PRATICAMENTE CONSTANTES, DENTRO DE CERTAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO. 2.2 – FONTES DE TENSÃO E CORRENTE - EM TERMOS IDEAIS CONSIDERA-SE QUE A TENSÃO, OU A CORRENTE, FORNECIDAS, SÃO CONSTANTES. PORTANTO: UMA FONTE IDEAL DE TENSÃO É UM ELEMENTO CAPAZ DE MANTER UMA TENSÃO ESPECIFICADA ENTRE SEUS TERMINAIS, QUALQUER QUE SEJA A CORRENTE QUE A ATRAVESSA UMA FONTE IDEAL DE CORRENTE É UM ELEMENTO CAPAZ DE MANTER UMA CORRENTE ESPECIFICADA ATRAVÉS DE SEUS TERMINAIS, QUALQUER QUE SEJA A TENSÃO ENTRE OS MESMOS - ESSES ELEMENTOS DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS NÃO TÊM EXISTÊNCIA CONCRETA – SÃO APENAS MODELOS IDEALIZADOS DAS FONTES REAIS. - NAS FONTES REAIS DE TENSÃO, A TENSÃO EM SEUS TERMINAIS VARIA EM FUNÇÃO DA CORRENTE FORNECIDA. - NAS FONTES REAIS DE CORRENTE, A CORRENTE VARIA EM FUNÇÃO DA TENSÃO EM SEUS TERMINAIS. - AS FONTES TAMBÉM PODEM SER DEPENDENTES E INDEPENDENTES. 2.2.1 – FONTES INDEPENDENTES - FONTE INDEPENDENTE É AQUELA QUE ESTABELECE UMA TENSÃO, OU CORRENTE, EM UM CIRCUITO INDEPENDENTEMENTE DOS VALORES DE TENSÃO OU CORRENTE EM OUTROS PONTOS DO CIRCUITO. - O VALOR DA TENSÃO OU CORRENTE FORNECIDA DEPENDE APENAS DO VALOR DA FONTE. - AS BATERIAS E OS GERADORES SÃO EXEMPLOS DE FONTES INDEPENDENTES. v(t) = 12 V i(t) = -10 mA v(t) = 179,6.cos(377t) V i(t) = 8,98.cos(377t) A v(t) = 12-2.t V i(t) = 5.t2 – 2.t + 4 A v(t) = 15.e-5.t V i(t) = 5.e2.t A - DEVE-SE RESSALTAR QUE A CORRENTE RESULTANTE, i(t), NA FONTE DE TENSÃO DEPENDE DO RESTANTE DO CIRCUITO ELÉTRICO. - DEVE-SE RESSALTAR QUE A TENSÃO RESULTANTE, v(t), NOS TERMINAIS DA FONTE DE CORRENTE DEPENDE DO RESTANTE DO CIRCUITO ELÉTRICO. - ALGUNS FATORES, TAIS COMO TEMPO DE VIDA DA FONTE, TEMPERATURA DE OPERAÇÃO, QUALIDADE DO EQUIPAMENTO, ETC.., AFETAM O VALOR ESPECIFICADO DE CADA FONTE. 2.2.2 – FONTES DEPENDENTES - FONTE DEPENDENTE, OU CONTROLADA, É AQUELA QUE ESTABELECE UMA TENSÃO, OU CORRENTE, EM UM PONTO DO CIRCUITO CUJO VALOR DEPENDE DO VALOR DA TENSÃO OU DA CORRENTE EM UM OUTRO PONTO DO CIRCUITO. - SÓ SE PODE ESPECIFICAR O VALOR DE UMA FONTE DEPENDENTE CONHECENDO-SE O VALOR DA TENSÃO OU DA CORRENTE DA QUAL ELA DEPENDE. - ALGUNS DISPOSITIVOS, COMO OS TRANSISTORES E OS AMPLIFICADORES, ATUAM COMO FONTES CONTROLADAS. - AS FONTES DEPENDENTES CONSISTEM EM DOIS ELEMENTOS: O ELEMENTO DE CONTROLE E O ELEMENTO CONTROLADO. - O ELEMENTO DE CONTROLE PODE SER UM CIRCUITO ABERTO OU UM CURTO-CIRCUITO. - O ELEMENTO CONTROLADO PODE UMA FONTE DE TENSÃO OU UMA FONTE DE CORRENTE. 2.2.2 – FONTES DEPENDENTES - EXISTE QUATRO TIPOS DE FONTES DEPENDENTES COMO MOSTRA A FIGURA A SEGUIR. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.1 – RESISTÊNCIA - O FLUXO DE CARGA ELÉTRICA ( ELÉTRONS ) ATRAVÉS DE QUALQUER MATERIAL ENCONTRA A OPOSIÇÃO DE UMA FORÇA SEMELHANTE, EM MUITOS ASPECTOS, AO ATRITO MECÂNICO. - ESSA OPOSIÇÃO, RESULTANTE DAS COLISÕES ENTRE ELÉTRONS DO MATERIAL É DENOMINADA RESISTÊNCIA DO MATERIAL. - A UNIDADE SI DE MEDIDA DA RESISTÊNCIA É O OHM, CUJO SÍMBOLO É A LETRA GREGA MAIÚSCULA ÔMEGA ( ). - O SÍMBOLO UTILIZADO PARA REPRESENTAR A RESISTÊNCIA É A LETRA R ( r ) E, EM TERMOS DE DIAGRAMAS DE CIRCUITOS, TEMOS O SÍMBOLO MOSTRADO A SEGUIR. - A RESISTÊNCIA DE QUALQUER MATERIAL DE SEÇÃO RETA UNIFORME DEPENDE DE: 1 – Material ( - resistividade do material – .cm); 2 – Comprimento do material ( l – cm ); 3 – Área da seção reta do material ( A – cm2); 4 – Temperatura. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.1 – RESISTÊNCIA - VIMOS QUE O SÍMBOLO A SEGUIR REPRESENTA A RESISTÊNCIA DE UM ELEMENTO QUALQUER. - VIMOS TAMBÉM QUE A RESISTÊNCIA DE QUALQUER MATERIAL DE SEÇÃO RETA UNIFORME DEPENDE DE: 1 – Material ( - resistividade do material – .cm); 2 – Comprimento do material ( l – cm ); 3 – Área da seção reta do material ( A – cm2); 4 – Temperatura. l - O VALOR DA RESISTÊNCIA É FORNECIDO PELA SEGUINTE EXPRESSÃO: R ( ohms, ) A CASOS EM QUE R2 > R1. Para cada caso, todos os outros parâmetros são os mesmos. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - RESISTORES SÃO DISPOSITIVOS PROJETADOS E CONSTRUÍDOS COM O OBJETIVO DE SE UTILIZAR SUA CARACTERÍSTICA RESISTIVA, OU SUA RESISTÊNCIA. - EXISTEM VÁRIOS TIPOS DE RESISTORES NO MERCADO VISANDO DIVERSAS APLICAÇÕES, DEPENDENDO DE SEU FORMATO, DO MATERIAL EMPREGADO EM SUA CONFECÇÃO, DO SEU VALOR, DE SUA PRECISÃO, ETC... A – RESISTORES FIXOS. - COMO O PRÓPRIO NOME DIZ, APRESENTA UM VALOR DE RESISTÊNCIA CONSTANTE. - O MAIS COMUM DOS RESISTORES FIXOS DE BAIXA POTÊNCIA É O RESISTOR DE CARBONO MOLDADO. - AS DIMENSÕES RELATIVAS DE TODOS OS RESISTORES VARIÁVEIS E FIXOS VARIAM DE ACORDO COM A POTÊNCIA ESPECIFICADA. - RESISTORES DESSE TIPO ESTÃO NORMALMENTE DISPONÍVEIS EM VALORES QUE VÃO DE 2,7 A 22 M. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - RESISTOR DE FILME FINO – FIXO. - RESISTOR FIXO DE CARBONO. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - RESISTORES FIXOS DE CARBONO COM DIFERENTES ESPECIFICAÇÕES DE POTÊNCIA. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - RESISTORES FIXOS COM FIOS DE ALTA RESISTÊNCIA OU FITAS DE METAL. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - RESISTORES FIXOS TIPO MINIATURA USADOS EM COMPUTADORES E SIMILARES. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - CIRCUITOS COM RESISTORES DE FILME FINO UTILIZADOS EM PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES B – RESISTORES VARIÁVEIS. - OS RESISTORES VARIÁVEIS, COMO O PRÓPRIO NOME SUGERE, TÊM RESISTÊNCIA QUE PODE SER VARIADA AO GIRAR UM BOTÃO, UM PARAFUSO, OU O QUE FOR APROPRIADO PARA A APLICAÇÃO ESPECÍFICA. - ELES PODEM TER DOIS OU TRÊS TERMINAIS. - QUANDO UM DISPOSITIVO DE DOIS OU TRÊS TERMINAIS É USADO COMO UM RESISTOR VARIÁVEL, GERALMENTE É DENOMINADO REOSTATO. - SE UM DISPOSITIVO DE TRÊS TERMINAIS É USADO PARA CONTROLAR NÍVEIS DE POTÊNCIA, ENTÃO ELE É NORMALMENTE DENOMINADO DE POTENCIÔMETRO. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - POTENCIÔMETRO: (a) ESQUEMA; (b) E (c) CONEXÕES TIPO REOSTATO; (d) SÍMBOLO. - NA FIGURA (b), OS PONTOS a E b SÃO CONECTADOS AO CIRCUITO, E O TERMINAL c É DEIXADO DESCONECTADO. - A RESISTÊNCIA INTRODUZIDA É DETERMINADA PELA PORÇÃO DO ELEMENTO RESISTIVO ENTRE OS PONTOS a E b. - NA FIGURA (c), A RESISTÊNCIA É TAMBÉM AQUELA ENTRE OS PONTOS a E b, MAS A RESISTÊNCIA RESTANTE É ELIMINADA PELA CONEXÃO DE b E c. - NA FIGURA (d) TEM-SE O SÍMBOLO DO REOSTATO PARA CIRCUITOS ELÉTRICOS. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - POTENCIÔMETRO COM RESISTOR DE CARBONO. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES - OUTROS TIPOS DE POTENCIÔMETROS. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES C – CÓDIGO DE CORES. - ALGUNS RESISTORES SÃO GRANDES O SUFICIENTE PARA TEREM SEUS VALORES NOMINAIS ESCRITOS EM SEU ENCAPSULAMENTO. - NO ENTANTO, UMA GRANDE VARIEDADE NÃO PERMITE TAL PROCEDIMENTO. PARA ESTES UTILIZA-SE O SEGUINTE CÓDIGO DE CORES. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES C – CÓDIGO DE CORES. Faixa 1 – 3* 0 – Preto 1 – Marron 2 – Vermelho 3 – Laranja 4 – Amarelo 5 – Verde 6 – Azul 7 – Violeta 8 – Cinza 9 – Branco Faixa 3 0,1 – Ouro 0,01 – Prata Faixa 4 5% – Ouro 10% – Prata 20% – nenhuma faixa Faixa 5 1% Marron 0,1% Vermelho 0,01% Laranja 0,001% Amarelo - Primeira e segunda faixas – primeiro e segundo dígitos. - Terceira faixa – multiplicador em potência de dez dos dois primeiros números, ou fator multiplicador se dourada ou prateada. - Quarta faixa – tolerância, ou precisão, do resistor. - Quinta faixa – fator de segurança – indica a porcentagem de falhas por 1000 horas de uso. 2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – CONDUTÂNCIA - A CONDUTÂNCIA EXPRESSA O INVERSO DA RESISTÊNCIA, OU SEJA, É UMA MEDIDA DA FACILIDADE COM QUE O MATERIAL CONDUZ ELETRICIDADE. - SEU SÍMBOLO É G E SUA UNIDADE É O SIEMENS ( S ). - SUA EXPRESSÃO É DADA POR 1 A G R .l (S)
