Aula 3 - Resistência, Tensão e Corrente

Princípios de Circuitos Elétricos
Prof. Me. Luciane Agnoletti dos Santos Pedotti
Agenda
• Noções básicas de circuitos elétricos:
Corrente; Tensão; Fontes de Corrente
Contínua; Condutores e Isolantes;
Semicondutores; Amperímetros e Voltímetros;
Aplicações; Resistência: Fios Circulares; Tabela
de Fios; Resistência: Unidades Métricas;
Efeitos da Temperatura; Supercondutores;
Tipos de Resistores; Código de Cores;
Condutância; Ohmímetros; Termistores; Célula
Fotocondutora; Varistores;
Corrente Elétrica
Corrente Elétrica
Corrente Elétrica
• A tensão aplicada é o mecanismo de partida; a
corrente é uma reação à tensão aplicada
Se 6,242x1018 elétrons (1C) passam através do
plano imaginário em 1 segundo, diz-se que o
fluxo de carga, ou corrente, é de 1 ampère (A)
André Marie Ampère
•
•
•
•
(1775-1836)
Matemático e Físico
Introduziu a eletrodinâmica
Construiu o primeiro
solenoide
Corrente elétrica
• Mesmo uma pequena passagem de corrente
pode ser fatal ao ser humano
• Trate a eletricidade com respeito e não com
medo.
Efeitos da Corrente
Elétrica no Organismo Humano
Tensão
• Toda fonte de tensão é estabelecida com a
simples criação de uma separação de cargas
positivas e negativas
Se um total de 1J de energia é usado para mover
a carga negativa de 1C, há uma diferença de
potencial de 1V (volt) entre os dois pontos
Tensão
Alessandro Volta
•
•
•
•
(1745-1827)
Físico
Professor em Pávia, Itália
Desenvolveu a fonte de
energia elétrica por reação
química
• Desenvolveu o capacitor
Tensão
• Ambos os terminais devem estar conectados
para definir a tensão aplicada.
Tensão
Tensão
Fontes de Tensão
• Corrente Contínua (CC)
• Em inglês -> Direct Current (DC)
• Fonte de tensão CC
• Fonte de corrente CC
Fonte de Tensão
• Fontes CC podem ser divididas em:
– Baterias (reação química)
– Geradores (eletromecânica)
– Fontes de alimentação (retificação)
Baterias
• Célula
alcalina
cilíndrica
Baterias
• Para baterias do mesmo tipo, o tamanho é
ditado fundamentalmente pela corrente
drenada padrão ou pela especificação
àmpere-hora, não pela especificação de
tensão terminal.
Baterias
Baterias
Baterias
• Baterias chumbo-ácido (recarregáveis)
Células Solares
• Converte luz do sol em energia
elétrica
Células Solares
• Recentemente o rendimento de quase 20% na
conversão foi obtido em laboratório.
• Atualmente, para 100mW/cm², obtém-se de
10 a 14mW, eficiência de 10 a 14 %.
Geradores CC
• Aplica-se um torque no eixo do rotor e obtem
tensão na armadura do gerador
Fontes de Alimentação
Condutores e Isolantes
• Condutores
– Permitem o fácil deslocamento de corrente
elétrica por ele
• Cobre, Alumínio, Ouro
• Isolantes
– Possuem poucos elétrons livres e precisam de um
potencial elétrico muito elevado para estabelecer
corrente elétrica
• Vidro, Teflon, Borracha
Condutividade Relativa
Rigidez Dielétrica
Semicondutores
Determinado grupo de elementos químicos cujas
características são intermediárias entre as do
condutores e a dos isolantes. Possuem 4 elétrons
na camada de valência. Mais utilizados são
Silício, Germânio e Arseneto de Gálio
Amperímetros e Voltímetros
• Voltímetro
Amperímetros e Voltímetros
• Amperímetro
Resistência Elétrica
• Característica elétrica dos materiais de
oposição a passagem de corrente elétrica
– Os elétrons tem dificuldade de se movimentar
pela estrutura atômica dos materiais.
– Representada pela letra R e tem como unidade o
Ω (Ohm)
Resistência Elétrica
• Depende:
– Da natureza do material
– Da temperatura
– Das dimensões
Primeira Lei do Ohm
• Experimento
Primeira Lei de Ohm
12
10
Corrente (A)
8
6
4
2
0
0
20
40
60
Tensão (V)
80
100
120
Primeira Lei de Ohm
𝑉 = 𝑅. 𝐼
Condutância
• Expressa a facilidade com que a corrente
elétrica atravessa os materiais
1
𝐺=
𝑅
−1
Ω 𝑜𝑢
𝑆𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠
Resistência Ôhmicas e
não Ôhmicas
• Comportamento ôhmico – Linear
– Maioria
Resistência Ôhmicas e
não Ôhmicas
• Comportamento não ôhmico – Não-Linear
Curto-circuito
• Quando ligamos um condutor (𝑅 = 0Ω)
diretamente a fonte de energia, a corrente
tende a ser extremamente elevada
– Curto-circuito
• Essa condição deve ser evitada
– Calor intenso (efeito Joule)
– Provocar incêndio
– Danificar a instalação
Curto Circuito
Resistor
• Dispositivo, que em condições normais,
mantém sua resistência constante
Exemplos
Resistor
Resistências Variáveis
• Para fazer ajustes nos circuitos
Valores comerciais para
Resistências Variáveis
• Múltiplos e submúltiplos
Décadas para Resistências Variáveis
10
20
22
25
47
50
• Linear ou Logarítmico
Tipos de aplicações de
resistências variáveis
• Potenciômetro
– Atuação constante do usuário (ajuste de Volume
de áudio)
Tipos de aplicações de
resistências variáveis
• Trimpot
– Calibração
– Trimpots multivoltas
Tipos de aplicações de
resistências variáveis
• Reostato
– Aplicações de alta potência
Ohmímetro
• Instrumento utilizado para medir a resistência
elétrica
Ohmímetro
• Utilizado para medir a resistência de um
componente
Jamais conecte
um ohmímetro
a um circuito
energizado
Segunda Lei do Ohm
• Estabelece a relação entre a resistência do
material com suas dimensões e temperatura
𝜌. 𝐿
𝑅=
𝑆
• 𝜌 – resistividade Ω. 𝑚
• L – comprimento (m)
• S – área de seção transversal (m²)
Tabela de Resistividade 𝜌 (20°C)
Exemplo 1
• Calcule a resistência de uma placa de Alumínio
com as dimensões de LxH = 10cmx5cm com
0,5m de comprimento.
H
Comprimento
L
Exemplo 2
• Calcule a resistência de uma placa de Cobre
com raio de 15cm e 2,5m de comprimento.
Raio
Comprimento
Resistência X Temperatura
• A resistividade depende da temperatura
– Coeficiente de temperatura
𝜌 = 𝜌𝑜 1 + 𝛼. Δ𝑇
• 𝜌 – resistividade Ω. 𝑚 a temperatura T
• 𝜌𝑜 – resistividade Ω. 𝑚 a temperatura de
referência 𝑇𝑜
• Δ𝑇 = 𝑇 − 𝑇𝑜 – variação de temperatura (°C)
• 𝛼 – Coeficiente de temperatura do material (°C-1)
Tabela dos coeficientes
de temperatura
Exemplos de Aplicações
Supercondutores
• São condutores de eletricidade que para fins
práticos tem resistência igual a zero.
Supercondutores
Termistores
• É um dispositivo semicondutor de dois
terminais cuja resistência é sensível a variação
de temperatura
Varistores
• Resistência depende da tensão aplicada.
– Aplicação: aquecedor elétrico
Fios Circulares
Exercícios