O que é um circuito eléctrico?
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CIRCUITOS ELÉCTRICOS SISTEMAS ELÉCTRICOS E ELECTRÓNICOS A produção em larga escala é recente e revolucionou por completo o nosso dia-a-dia A electricidade é tão antiga como o Universo! CIRCUITOS ELÉCTRICOS O que é um circuito eléctrico? É um conjunto de elementos ou componentes ligados com uma determinada disposição. “Circuito” significa que a posição de partida e a posição de chegada coincidem, estando ele fechado Os componentes são representados por símbolos normalizados Mai-09 Dulce Godinho 2 1 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Quais são os constituintes de um circuito eléctrico? Nos circuito eléctrico há: - Mai-09 Uma fonte de energia eléctrica Receptores de energia eléctrica Interruptores que permitem ligar receptores. ou desligar os Dulce Godinho 3 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Símbolos normalizados • (com uso internacional) Permitem a visualização rápida e simples, bem como a projecção dos circuitos Mai-09 Dulce Godinho 4 2 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Como se esquematiza um circuito eléctrico? Os circuitos eléctricos representam-se por meio de um esquema. A cada dispositivo faz-se corresponder um A B símbolo próprio. B-interruptor A- pilha C- motor C Mai-09 Dulce Godinho 5 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Como se instalam receptores num circuito eléctrico? É possível instalar num circuito eléctrico mais do que um receptor. A instalação pode fazer-se em duas maneiras: em série ou em paralelo. 1-interruptor 2- pilha 3- lâmpada 4 – nó 5 – circuito principal 6 - ramal 1-interruptor 2- pilha 3- lâmpada Só há um caminho Mai-09 Há mais do que um caminho Dulce Godinho 6 3 CIRCUITOS ELÉCTRICOS O que são bons condutores e maus condutores eléctricos? Bons condutores ou condutores eléctricos são materiais através dos quais a corrente eléctrica passa. grafite PORQUÊ? metais Maus condutores ou isoladores eléctricos são materiais através dos quais a corrente eléctrica não passa. Madeira Mai-09 borracha plástico Dulce Godinho 7 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Como é constituída a matéria? A matéria é constituída por corpúsculos, podem ser: - átomos - moléculas – grupos de átomos - iões – resultam de átomos. Quando perdem electrões originam iões positivos. Quando ganham electrões originam– iões negativos. Núcleo Nuvem electrónica Mai-09 Dulce Godinho 8 4 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Como são constituídos os metais? Ligaç Ligação Metá ão Metálica Fio de Cobre Mai-09 Dulce Godinho 9 CIRCUITOS ELÉCTRICOS O que é a corrente eléctrica? A corrente eléctrica é todo o movimento ordenado de cargas. Electrões, nos metais e na grafite Mai-09 Iões positivos e negativos, nas soluções condutoras Dulce Godinho 10 5 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A corrente eléctrica tem sentido? Sim. O sentido convencional - do pólo positivo para o pólo negativo. O sentido real – do pólo negativo para o pólo positivo Sentido convencional Sentido real – sentido dos electrões Mai-09 Dulce Godinho 11 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A corrente eléctrica pode ser contínua ou alternada. Quando? A corrente contínua, DC ou =, sentido. quando não muda de O corrente alternada ou alterna, AC ou ~, quando muda periodicamente de sentido. corrente alternada Mai-09 corrente contínua Dulce Godinho 12 6 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A grandeza física que está relacionada com o número de cargas eléctricas que passam num circuito é … Intensidade da corrente Grandeza física Nome Unidade Aparelho de SI medida Intensidade da corrente Símbolo Mai-09 Dulce Godinho 13 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A intensidade da corrente em circuitos com lâmpadas associadas em: série paralelo 4 1 1 2 3 2 tem o mesmo valor em qualquer ponto I = I1= I2 = I3 =… a intensidade da corrente no circuito principal é idêntica à soma da intensidade da corrente nos vários ramais. I = I1+ I2 + I3 +… Mai-09 Dulce Godinho 14 7 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A grandeza física que está relacionada com a energia fornecida às cargas eléctricas é … diferença de potencial Grandeza física Nome Unidade Aparelho SI de medida diferença de potencial Símbolo Mai-09 Dulce Godinho 15 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A diferença de potencial nos terminais de uma associação de lâmpadas em … série paralelo 1 1 2 2 é idêntica à soma da ddp nos terminais de cada lâmpada. U = U1 + U2 + … Mai-09 tem o mesmo valor em qualquer dos terminais das lâmpadas U = U1 = U2 = … Dulce Godinho 16 8 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A grandeza física que está relacionada com a dificuldade das cargas eléctricas passarem através de um condutor é … Resistência eléctrica Grandeza física Nome Unidade SI Aparelho de medida Resistência eléctrica Símbolo Mai-09 Dulce Godinho 17 CIRCUITOS ELÉCTRICOS U(V) Lei de Ohm 12 As duas grandezas são directamente proporcionais U(V) I(A) U/I 2 0,02 100 4 0,04 100 6 0,06 100 12 0,12 100 4 2 I (A) porque o quociente entre pares de valores correspondentes é constante Mai-09 6 Dulce Godinho porque a representação gráfica é uma recta que passa pela origem. 18 9 Lei de Ohm A diferença de potencial nos terminais de qualquer condutor metálico filiforme, a temperatura constante, é directamente proporcional à intensidade da corrente que o percorre. A expressão matemática que traduz a lei de Ohm: Mai-09 Dulce Godinho 19 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Será que num circuito eléctrico se consegue criar energia? A ENERGIA NÃO PODE SER CRIADA NEM TÃO POUCO DESTRUÍDA ELA ESTÁ SEMPRE A SER TRANSFORMADA Mai-09 Dulce Godinho 20 10 CIRCUITOS ELÉCTRICOS A grandeza física que mede a rapidez com que um receptor transforma a ENERGIA é … Potência Eléctrica Grandeza física Nome Símbolo Mai-09 Unidade Aparelho de SI medida Potência Eléctrica watt ---- P W ---- Dulce Godinho 21 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Potência Eléctrica - Cálculo E __ E = P x Δt P= Δt P= UxI Mai-09 E = U x I x Δt Dulce Godinho 22 11 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Potência Eléctrica Múltiplos Símbolo Múltiplos da Unidade Designação Símbolo P=E/Δt Potência kilo K quilowatt kW mega M megawatt MW giga G gigawatt GW Mai-09 Dulce Godinho 23 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Energia Eléctrica Múltiplos Símbolo Kilo (103) K Mega (106) M Giga (109) G Mai-09 Múltiplos da Unidade Designação Símbolo E=P x Δt Energia Quilowatthora Megawatthora Gigawatthora Dulce Godinho kWh MWh GWh 24 12 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Atenção É um erro muito comum falar em KW/h ( kilowatt por hora ) essa unidade não existe !! Mai-09 Dulce Godinho 25 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Quilowatt-hora O kWh (quilowattquilowatt-hora) hora) é a unidade prá prática de energia, usada para exprimir o “consumo” consumo” de energia elé eléctrica. O kWh é a energia eléctrica consumida durante uma hora de funcionamento por um aparelho cuja potência média é 1 kW: 1 KWh 1 KW 1 h Mai-09 Dulce Godinho 26 13 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Quilowatt-hora (kWh) e o Joule (J). Sendo o quilowattquilowatt-hora (kWh) e o Joule (J) duas unidades de energia qual será será a relaç relação entre elas? Como 1 kW = 1000 W e 1 hora = 3600 s 1 kW h será será equivalente a: 1 kWh = 1 kW × 1 hora 1 kWh = 1000 W × 3600 s 1 kWh = 3 600 000 J Mai-09 1 kWh = 3,6 × 106 J Dulce Godinho 27 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Efeitos da Corrente Eléctrica I I Os electrões ao deslocarem-se no interior do condutor chocam contra os átomos do mesmo aumentando a sua agitação térmica AUMENTO DE TEMPERATURA EFEITO DE JOULE Mai-09 Dulce Godinho 28 14 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Efeito de Joule Consiste na transformação da energia eléctrica em Calor Uma resistência é um componente que transforma a energia eléctrica que recebe em calor . Dizemos que ela dissipa a energia eléctrica em calor, portanto ela aquece. Se as suas dimensões não estão de acordo com a potência que ela pode dissipar então ela "queimará". Como se calcula? Mai-09 Dulce Godinho 29 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Efeito de Joule – Aspectos fundamentais 1. Para qualquer componente a sua potência eléctrica é dada por : P = U.I 2. Se o dispositivo é receptor P=U.I é potência eléctrica consumida 3. Se o dispositivo é um gerador então P=U.I é a potência eléctrica fornecida Mai-09 Dulce Godinho 30 15 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Efeito de Joule – 4. 5. 6. Aspectos fundamentais Para uma resistência sabemos que a relação entre d.d.p ( U ), corrente ( I ) e resistência ( R ) é dada pela lei de Ohm, U=R.I Se substituirmos na expressão da potência resulta P = R.I2 P = U.I = (R.I).I = R.I2 Ou, se substituímos I =U/R na mesma expressão resultará P = U.I = U.(U/R) = U2/R Mai-09 P=U2/R Dulce Godinho 31 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Efeito de Joule Que utilização prática? FUSÍVEIS Mai-09 Dulce Godinho 32 16 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Fusíveis – Como Funcionam? Protegem os circuitos eléctricos contra danos causados por sobrecargas de corrente Princípio funcionamento - corrente que passa por um condutor gera calor proporcional ao quadrado de sua intensidade Pb Sn Mai-09 Quando a corrente atinge a intensidade máxima tolerável, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, derretendo um componente e interrompendo o circuito. Dulce Godinho 33 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Fusíveis – Como Funcionam? O chumbo funde a 327º C e o estanho, a 232º C. Se a corrente for maior do que aquela que vem especificada no fusível: 10A, 20A, 30A, etc, o seu filamento funde (derrete). Quanto maior for a corrente especificada pelo fabricante, maior a espessura do filamento. Assim, se a espessura do filamento do fusível suporta no máximo uma corrente de 10A e por um motivo qualquer a corrente exceder esse valor, a temperatura atingida pelo filamento será suficiente para “derrete-lo”, e desta forma a corrente é interrompida. Mai-09 Dulce Godinho 34 17 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Efeito de Joule Que utilização prática? RESITÊNCIAS É um dispositivo eléctrico, componente, muito utilizado em electrónica, com a finalidade de transformar energia eléctrica em energia térmica, a partir do material empregado, que pode ser por exemplo carbono. Mai-09 Dulce Godinho 35 CIRCUITOS ELÉCTRICOS RESISTÊNCIAS Fixas (ver livro pág. 120) Variáveis (ver livro pág. 120/121) Reóstato A maioria dos metais são materiais condutores, e opõe Potenciómetros baixa resistência ao fluxo de corrente eléctrica LDR -Do inglês Light Dependent Resistor O corpo humano, um pedaço de plástico, ou mesmo o Termistores vácuo têm uma resistência que pode ser mensurada. PTC possuem Do inglês Positive Temperature Coefficient Materiais que resistência muito alta são NTC chamados isolantes ou dielétricos Mai-09 Do inglês Negative Temperature Coefficient Dulce Godinho 36 18 CIRCUITOS ELÉCTRICOS RESISTÊNCIAS Fixas (ver livro pág. 120) Variáveis (ver livro pág. 120/121) Reóstato Potenciómetros LDR -Do inglês Light Dependent Resistor Termistores PTC Do inglês Positive Temperature Coefficient NTC Do inglês Negative Temperature Coefficient Mai-09 Dulce Godinho 37 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Reostato é uma resistência variável com dois terminais, sendo um fixo e o outro deslizante. Geralmente são utilizados com altas correntes Potenciómetro É um tipo de resistência variável comum, sendo comummente utilizado para controlar o volume em amplificadores de áudio. Mai-09 Dulce Godinho 38 19 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Termistores São resistências que variam o seu valor de acordo com a temperatura a que estão submetidas. A relação geralmente é directa, porque os metais usados têm uma coeficiente de temperatura positivo, ou seja se a temperatura sobe, a resistência também sobe. Os metais mais usado são a platina, daí as designação Pt100 e Pt1000(100 porque à temperatura 0°C, têm uma resistência de 100ohm, 1000 porque à temperatura 0°C, têm uma resistência de 1000ohm) e o Níquel (Ni100) Mai-09 Dulce Godinho 39 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Termistores PTC e NTC são um caso particular, visto que em vez de metais usam semicondutores PTC - É um resistência dependente da temperatura com coeficiente de temperatura positivo. Quando a temperatura se eleva, a resistência do PTC aumenta. PTCs são frequentemente encontrados em televisores NTC - É um resistência dependente da temperatura, mas com coeficiente negativo. Quando a temperatura sobe, sua resistência cai. NTC são frequentemente usados em detectores simples de temperaturas, e instrumentos de medidas Mai-09 Dulce Godinho 40 20 CIRCUITOS ELÉCTRICOS LDR Do inglês Light Dependent Resistor É uma resistência que varia, de acordo com a intensidade luminosa incidida. A relação geralmente é inversa, ou seja a resistência diminui com o aumento da intensidade luminosa. Muito usado em sensores de luminosidade Mai-09 Dulce Godinho 41 CIRCUITOS ELÉCTRICOS EXERCÍCIO 1 1. Calcula a potência eléctrica que o gerador fornece ao circuito ? 2. Determina a quantidade de energia eléctrica consumida pelo circuito em 30min. ? E em 2h ? solução Mai-09 Dulce Godinho 42 21 CIRCUITOS ELÉCTRICOS EXERCÍCIO 2 Um chuveiro tem as especificações 4000W/220V. 1. Qual o consumo de energia de um banho de 15min? 2. Qual o valor da resistência do chuveiro? solução Mai-09 Dulce Godinho 43 22
