Aula 1 - Eletricidade e Eletrônica - Apresentação e introdução

Eletricidade e Eletrônica

Prof. Guilherme Nonino Rosa- Técnico em Informática pela ETESP – Escola Técnica de

São Paulo

- Graduado em Ciências da Computação pela Unifran –

Universidade de Franca no ano de 2000.

- Licenciado em Informática pela Fatec – Faculdade de

Tecnologia de Franca no ano de 2011.

- Pós-Graduado em Tecnologia da Informação aplicada

aos Negócios pela Unip-Universidade Paulista no ano de

2012.

- Pós-Graduando em Docência no Ensino Superior pelo

Centro Universitário Senac.

Atuação:

- Docente da Faculdade Anhanguera desde

Fevereiro / 2013

- Docente do Senac – Ribeirão Preto desde

fevereiro/2012.

- Docente do Centro de Educação Tecnológica

Paula Souza, na Etec Prof. José Ignácio de

Azevedo Filho e Etec Prof. Alcídio de Souza

Prado desde fevereiro/2010.

Contatos:

Prof. Guilherme Nonino Rosa

guinonino@gmail.com

guilhermerosa@aedu.com

http://guilhermenonino.blogspot.com

PEA –Plano de Ensino e

Aprendizagem

PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM

EMENTA

• Eletrização e cargas elétricas.

• Quantização de cargas.

• Campo, potencial e diferença de potencial.

• Corrente elétrica.

• Componentes elétricos básicos: capacitor, resistor e

indutor.

• Carga e descarga de um capacitor - circuito RC.

• Dispositivos semicondutores: diodos e transistores.

Objetivos

Conhecer os conceitos básicos de

eletricidade e eletrônica, seus

componentes básicos: capacitor,

resistor, indutor, diodos e

transistores.

Procedimentos Metodológicos

• Aula expositiva

• Exercício em classe

• Aula prática.

Sistema de Avaliação

1° Avaliação - PESO 4,0

Atividades Avaliativas a Critério do Professor

Práticas: 03

Teóricas: 07

Total: 10

2° Avaliação - PESO 6,0

Prova Escrita Oficial

Práticas: 03

Teóricas: 07

Total: 10

Bibliografia Padrão

1) BOYLESTAD, Robert L.. Introdução à Análise de Circuitos.. 10ª

ed. São Paulo: Pearson, 2006.

Bibliografia Básica Unidade

Faculdade Anhanguera de Ribeirão Preto (FRP)

1) RAMALHO JR, F. Os Fundamentos da

Física. 9ª ed. São Paulo: Moderna, 2007.

2) HALLIDAY, David. Física 3. 5ª ed. Rio de

Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos,

2004.

Semana n°. Tema

1 Apresentação da Disciplina e Metodologia de Trabalho.

Conceitos básicos de Eletricidade

e Eletrônica.

2 Eletrização e Cargas Elétricas.

3 Quantização de Cargas.

4 Campo, Potencial e Diferença de Potencial.

5 Campo, Potencial e Diferença de Potencial.

6 Corrente Elétrica.

7 Componentes Elétricos Básicos: Capacitor, Resistor e

Indutor.

8 Componentes Elétricos Básicos: Capacitor, Resistor e

Indutor.

Cronograma de Aulas

Semana n°. Tema

9 Atividades de Avaliação.

10 Laboratório - Instrumentação.

11 Laboratório - Instrumentação.

12 Carga e Descarga de um Capacitor - Circuito RC.

13 Circuito RC.

14 Circuito RC.

15 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores.

16 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores.

Cronograma de Aulas

Semana n°. Tema

17 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores.

18 Prova Escrita Oficial

19 Exercícios de Revisão.

20 Prova Substitutiva.

Cronograma de Aulas

O que é a Eletrônica?

A eletrônica é o estudo do controle de pequenas correntes

elétricas para fazer com que todos os tipos de equipamentos

eletrônicos funcionem. Embora seja uma ciência nova, seria difícil

imaginar um mundo sem televisores, rádios, computadores, etc.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Tales de Mileto – Atritou a pele de um animal com um pedaço de âmbar e percebeu que este passava a atrair pequenos objetos leves, como pedacinhos de palha, pequenas sementes e penas.

VI a.C.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Willian Gilbert – Médico da rainha Elizabeth I, rainha da Inglaterra, notou que além do âmbaroutros materiais sofriam o mesmo fenômeno. ( Vidro, enxofre e resinas)

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Otto Von Guericke – Prefeito da cidade de Magdeburgo, Alemanha, montou a primeira máquina eletrostática de que se tem notícia.

1602 - 1686

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Stephen Gray – fez a distinção entre materiaiscondutores e não condutores.

- Transmitiu cargas elétricas a grandesdistâncias usando fio de seda

1729

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Charles Francis DuFay - descobriu que a eletricidade produzida por fricção podia serde duas classes – positiva ou negativa

1730

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Piter Van Musschenbroek – inventou a garrafa deLeyden, destinada a armazenar carga elétrica(primeiro capacitor)e demonstrou choques elétricos

1745

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Benjamin Franklin -

1745

Carregou uma garrafa de Leyden

utilizando pipas durante tempestades

e constatou que os raios são uma

forma de eletricidade.

Possibilitou a invenção dos primeiros

para raios.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Benjamin Franklin - No século XVIII acreditava-se que a

eletricidade era um fluido. Com base

nesta teoria Franklin estabeleceu

(1750) os termos “eletricidade positiva

“ e “eletricidade negativa” assim como

as propriedades de atração e repulsão

entre corpos carregados.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Luigi Galvani -

1780

descobre que as pernas de um sapo

morto, que estava sobre uma placa

metálica, sofriam uma contração

quando tocadas com um bisturi.

Atribui este fenômeno à descarga

elétrica; mas a explicação iria demorar

mais alguns anos.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Alessandro Volta –

1796

descobre que ocorre uma reação

química quando dois metais diferentes

ficam em contato com uma solução

acida. Devido esta reação surge uma

corrente elétrica.

Construiu a primeira pilha utilizando

discos de cobre e zinco, separados por

um material que continha uma solução

acida.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Alessandro Volta –

1796

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Charles Augustin Coulomb–

1800

descobriu que a força entre

dois pólos carregados é

inversamente proporcional ao

quadrado da distancia entre

eles e diretamente

proporcional à suas

magnitudes.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Hans Christian Oersted–

1820

descobre que uma corrente

elétrica fluindo em um condutor é

capaz de alterar a agulha de uma

bússola

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

André Maria Ampere

1820

demonstrou que condutores

percorridos por correntes elétricas

desenvolvem forças de atração ou

de repulsão. Ele inventou o

solenóide.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

George Simon Ohm

1827

Descobre a relação entre corrente,

tensão e resistência em um

condutor elétrico surgindo uma das

mais utilizadas expressões na

eletricidade , “ Lei de Ohm”

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Joseph Henry

1830

descobriu a “indução

eletromagnética” e a conversão do

magnetismo em eletricidade.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Michael Faraday

1831descobriu que se um condutor se

movimentasse dentro do campo

magnético de um ímã, uma força eletro

motriz era induzida nos terminais do

condutor, criou as leis da eletrólise, da

capacitância elétrica e inventou o motor

elétrico, o dínamo e o transformador

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Wilhelm Weber e Karl Gauss

1833

- Desenvolveram um telégrafo eletro

magnético que posteriormente foi

aperfeiçoado por Werner Von Siemens

e Samuel Morse

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

James Maxwell

1864- desenvolveu as equações

fundamentais do eletro

magnetismo –Leis de Maxwell

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Alexander Graham Bell

1875- Inventou o Telefone

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Thomas Edison

1880- desenvolveu a lâmpada

elétrica incandescente

- projetou e construiu as

primeiras usinas geradoras ,

uma em Londres e duas nos

Estados Unidos. Ambas eram

de pequeno porte e

forneciam eletricidade em

corrente contínua.

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

George Westhinghouse

1886

-Inaugurou o primeiro

sistema de energia elétrica

em CA utilizando um

transformador eficiente

desenvolvido por W. Stanley

- 1887 já havia algumas

usinas em CA que

alimentavam cerca de

135000 lâmpadas.

- A transmissão era feita em

1000 volts

BREVE HISTORIA DA ELETRICIDADE

Nikola Tesla

1890

- criou o sistema de geração

de energia elétrica trifásico,

que passou a ser utilizado

em 1896.

UNIDADES DE MEDIDA E O

SISTEMA INTERNACIONAL

Fundamentos da Metrologia

Científica e Industrial

Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo 2 - (slide 42/48)

MEDIR

Medir é o procedimento experimental

através do qual o valor momentâneo

de uma grandeza física (mensurando)

é determinado como um múltiplo

e/ou uma fração de uma unidade,

estabelecida por um padrão, e

reconhecida internacionalmente.

O CÚBITO DO FARAÓ

O PÉ MÉDIO DA IDADE MÉDIA

Por que um único sistema de

unidades?

Clareza de entendimentos

internacionais (técnica, científica) ...

Transações comerciais ...

Garantia de coerência ao longo dos

anos ...

Coerência entre unidades

simplificam equações da física ...

IMPORTÂNCIA DO SI

AS SETE UNIDADES DE BASE

Grandeza Unidade Símbolo

Comprimento Metro m

Massa Quilograma kg

Tempo Segundo S

Corrente Elétrica Ampere A

Temperatura Kelvin K

Intensidade luminosa Candela cd

Quantidade de matéria Mol mol

O METRO

1793: décima milionésima parte

do quadrante do meridiano

terrestre(distância entre a linha

do equador e qualquer um dos

polos ao nível do mar.

1983: definição atual: É o

comprimento do trajeto percorrido

pela luz no vácuo, durante um

intervalo de tempo de 1/299 792

458 de segundo

COMPARAÇÕES ...

Se o mundo fosse ampliado de forma que 10-

12 m se tornasse 1 mm:

um glóbulo vermelho teria cerca de 7 km de

diâmetro.

o diâmetro de um fio de cabelo seria da ordem

de 50 km.

A espessura de uma folha de papel seria algo

entre 100 e 140 km.

Um fio de barba cresceria 2 m/s.

O SEGUNDO (S)

é a duração de 9 192 631 770 períodos da

radiação correspondente à transição entre os

dois níveis hiperfinos do estado fundamental

do átomo de Césio 133.

Observações:

Incerteza atual de reprodução: 10-15 s

COMPARAÇÕES ...

Se a velocidade com que o tempo passa pudesse ser desacelerada de tal forma que 10-15 s se tornasse 1 s:

um avião a jato levaria pouco mais de 120 anospara percorrer 1 mm.

o tempo em que uma lâmpada de flash ficaria acesa seria da ordem de 30 anos.

uma turbina de dentista levaria cerca de 60 anos para completar apenas uma rotação.

um ser humano levaria cerca de 600 séculospara piscar o olho.

O QUILOGRAMA (KG)

é igual à massa do

protótipo

internacional do

quilograma.

incerteza atual de

reprodução: 2.10-9 g

busca-se uma melhor

definição ...

COMPARAÇÕES ...

Se as massas das coisas que nos cercam pudessem ser intensificadas de forma que 2.10-9 g se tornasse 1 g:

uma molécula d’água teria 6.10-16 g

um vírus 5.10-10 g

uma célula humana 2 mg

um mosquito 3 kg

uma moeda de R$ 0,01 teria 4 t

a quantidade de álcool em um drinque seria de 12 t

O AMPERE (A)

é a intensidade de uma corrente elétrica constante

que, mantida em dois condutores paralelos, retilíneos,

de comprimento infinito, de seção circular desprezível,

e situados à distância de 1 metro entre si, no vácuo,

produz entre estes condutores uma força igual a 2 .

10-7 newton por metro de comprimento.

incerteza atual de reprodução: 9.10-8 A

O KELVIN (K)

O kelvin, unidade de temperatura

termodinâmica, é a fração 1/273,16 da

temperatura termodinâmica do ponto tríplice

da água.

A candela (cd)

é a intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de frequência 540 . 1012 hertz e cuja intensidade energética nesta direção é de 1/683 watt por esterradiano.

incerteza atual de reprodução: 10-4 cd

O mol (mol)

é a quantidade de matéria de um sistema contendo tantas entidades elementares quantos átomos existem em 0,012 quilograma de carbono 12.

incerteza atual de reprodução: 2 . 10-9 mol

As unidades suplementares

C

O RADIANO (RAD)

É o ângulo central que subtende um arco de

círculo de comprimento igual ao do

respectivo raio.

R1 rad

C = R

ÂNGULO SÓLIDO

RA

= A/R2

O ângulo sólido pode ser

definido como aquele

que, visto do centro de

uma esfera, percorre

uma dada área sobre a

superfície dessa esfera.

O ESTERRADIANO (SR)

É o ângulo sólido que tendo vértice no

centro de uma esfera, subtende na

superfície uma área igual ao quadrado do

raio da esfera.

São exemplos de ângulo sólido: o vértice de

um cone e o facho de luz de uma lanterna

acesa.)

As unidades derivadas

Grandeza derivada Unidade derivada Símbolo

área

volume

velocidade

aceleração

velocidade angular

aceleração angular

massa específica

intensidade de campo magnético

densidade de corrente

concentração de substância

Luminância

metro quadrado

metro cúbico

metro por segundo

metro por segundo ao quadrado

radiano por segundo

radiano por segundo ao quadrado

quilogramas por metro cúbico

ampère por metro

ampère por metro cúbico

mol por metro cúbico

candela por metro quadrado

m2

m3

m/s

m/s2

rad/s

rad/s2

kg/m3

A/m

A/m3

mol/m3

cd/m2

Grandeza derivada Unidade

derivada

Símbolo Em unidades

do SI

Em termos das

unidades base

frequência

força

pressão, tensão

energia, trabalho, quantidade de calor

potência e fluxo radiante

carga elétrica, quantidade de eletricidade

diferença de potencial elétrico, tensão

elétrica, força eletromotiva.

capacitância elétrica

resistência elétrica

condutância elétrica

fluxo magnético

hertz

newton

pascal

joule

watt

coulomb

volt

farad

ohm

siemens

weber

Hz

N

Pa

J

W

C

V

F

S

Wb

N/m2

N . m

J/s

W/A

C/V

V/A

A/V

V . S

s-1

m . kg . s-2

m-1 . kg . s-2

m2 . kg . s-2

m2 . kg . s-3

s . A

m2 . kg . s-3 . A-1

m-2 . kg-1 . s4 . A2

m2 . kg . s-3 . A-2

m-2 . kg-1 . s3 . A2

m2 . kg . s-2 . A-1

Grandeza derivada Unidade

derivada

Símbolo Em unidades

do SI

Em termos das

unidades base

fluxo magnético

indução magnética, densidade de fluxo magnético

indutância

fluxo luminoso

iluminamento ou aclaramento

atividade (de radionuclídeo)

dose absorvida, energia específica

dose equivalente

weber

tesla

henry

lumen

lux

becquerel

gray

siervet

Wb

T

H

lm

lx

Bq

Gy

Sv

V . S

Wb/m2

Wb/A

cd/sr

lm/m2

J/kg

J/kg

m2 . kg . s-2 . A-1

kg . s-2 . A-1

m2 . kg . s-2 . A-2

cd

cd . m-2

s-1

m2 . s-2

m2 . s-2

MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS

Fator Nome do

prefixo

Símbolo Fator Nome do

prefixo

Símbolo

1024

1021

1018

1015

1012

109

106

103

102

101

yotta

zetta

exa

peta

tera

giga

mega

quilo

hecto

deca

Y

Z

E

P

T

G

M

k

h

da

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

10-15

10-18

10-21

10-24

deci

centi

mili

micro

nano

pico

femto

atto

zepto

yocto

d

c

m

n

p

f

a

z

y

UNIDADES EM USO COM O SI

Grandeza Unidade Símbolo Valor nas unidades do SI

tempo

ângulo

volume

massa

pressão

temperatura

minuto

hora

dia

grau

minuto

segundo

litro

tonelada

bar

grau Celsius

min

h

d

°

'

"

l, L

t

bar

°C

1 min = 60 s

1 h = 60 min = 3600 s

1 d = 24 h

1° = (/180)

1' = (1/60)° = (/10 800) rad

1" = (1/60)' = (/648 000) rad

1 L = 1 dm3 = 10-3 m3

1 t = 103 kg

1 bar = 105 Pa

°C = K - 273,16

UNIDADES TEMPORARIAMENTE EM USO

Grandeza Unidade Símbolo Valor nas unidades do SI

comprimento

velocidade

massa

densidade linear

tensão de sistema

óptico

pressão no corpo

humano

área

área

comprimento

seção transversal

milha náutica

nó

carat

tex

dioptre

milímetros de

mercúrio

are

hectare

ângstrom

barn

tex

mmHg

a

há

Å

b

1 milha náutica = 1852 m

1 nó = 1 milha náutica por hora =

(1852/3600) m/s

1 carat = 2 . 10-4 kg = 200 mg

1 tex = 10-6 kg/m = 1 mg/m

1 dioptre = 1 m-1

1 mm Hg = 133 322 Pa

1 a = 100 m2

1 ha = 104 m2

1 Å = 0,1 nm = 10-10 m

1 b = 10-28 m2

GRAFIA DOS NOMES DAS UNIDADES

Quando escritos por extenso, os nomes de

unidades começam por letra minúscula, mesmo

quando têm o nome de um cientista (por

exemplo, ampere, kelvin, newton,etc.), exceto o

grau Celsius.

A respectiva unidade pode ser escrita por

extenso ou representada pelo seu símbolo, não

sendo admitidas combinações de partes escritas

por extenso com partes expressas por símbolo.

O PLURAL

Quando pronunciado e escrito por extenso, o

nome da unidade vai para o plural (5 newtons;

150 metros; 1,2 metros quadrados; 10

segundos).

Os símbolos das unidades nunca vão para o

plural ( 5N; 150 m; 1,2 m2; 10 s).

OS SÍMBOLOS DAS UNIDADES

Os símbolos são invariáveis, não sendo admitido colocar, após o símbolo, seja ponto de abreviatura, seja "s" de plural, sejam sinais, letras ou índices.

Multiplicação: pode ser formada pela justaposição dos símbolos se não causar anbigüidade (VA, kWh) ou colocando um ponto ou “x” entre os símbolos (m.N ou m x N)

Divisão: são aceitas qualquer das três maneiras exemplificadas a seguir:

W/(sr.m2) W.sr-1.m-2W

sr.m2

GRAFIA DOS NÚMEROS E SÍMBOLOS

Em português o separador decimal deve ser a

vírgula.

Os algarismos que compõem as partes inteira ou

decimal podem opcionalmente ser separados em

grupos de três por espaços, mas nunca por pontos.

O espaço entre o número e o símbolo é opcional.

Deve ser omitido quando há possibilidade de fraude.

ALGUNS ENGANOS

Errado

Km, Kg

a grama

2 hs

15 seg

80 KM/H

250°K

um Newton

Correto

km, kg

m

o grama

2 h

15 s

80 km/h

250 K

um newton

Outros enganos

Notação Científica

Potências de base 10

Expoentes positivos

Exemplo: 103 = 10 x 10 x 10 = 1000

Expoentes negativos

Exemplo: 10-3 = 1 = 1 = 0,001

103 1000

Notação Científica

Potências de base 10

100 = 1

101 = 10 10-1 = 0,1

102 = 100 10-2 = 0,01

103 = 1000 10-3 = 0,001

104 = 10000 10-4 = 0,0001

105 = 100000 10-5 = 0,00001

106 = 1000000 10-6 = 0,000001

107 = 10000000 10-7 = 0,0000001

108 = 100000000 10-8 = 0,00000001

109 = 1000000000 10-9 = 0,000000001

1010 =10000000000 10-10 =0,0000000001

Existem algumas vantagens em utilizarmos a notação

científica:

• os números muito grandes ou muito pequenos

podem ser escritos de forma reduzida;

• é utilizada por computadores e máquinas de

calcular;

• torna os cálculos mais rápidos e fáceis.

Notação Científica

Um número estará em notação científica quando estiver escrito no

seguinte formato:

• X é um valor qualquer* multiplicado por uma potência de base 10 e

• y é o expoente que pode ser positivo ou negativo

Ex: 3000 = 3.103

0,003 = 3.10-3

Nota: Usamos expoentes positivos quando estamos

representando números grandes e expoentes negativos

quando estamos representando números pequenos.

*O correto é que o valor de x esteja entre 1 e 10, mas não adotaremos essa prática

Notação Científica

x . 10 y

Notação Científica

Exemplos de valores escritos em notação científica

• Velocidade da luz no vácuo: 3 . 105 Km/s

• Diâmetro de um átomo (H): 1 . 10-10 m

• Quantidade de moléculas em 1 mol de uma substância

qualquer: 6,022 . 1023

• Quantidade de segundos em 1 ano: 3,1536 . 107

• Quantidade de água nos oceanos da Terra: 1,35 . 1021 L

• Duração de uma piscada: 2 . 10-1 s

• Massa de um átomo (C): 19,92 . 10-27 Kg

Operações com notação científica

Adição

Para somar números escritos em notação científica, é

necessário que o expoente seja o mesmo. Se não o for temos

que transformar uma das potências para que o seu expoente

seja igual ao da outra.

Exemplo: (5 . 104) + (7,1 . 102)

= (5 . 104) + (0,071 . 104)

= (5 + 0,071) . 104

= 5,071 . 104

Operações com notação científica

Subtração

Na subtração também é necessário que o expoente seja o mesmo. O

procedimento é igual ao da soma.

Exemplo: (7,7 . 106) - (2,5 . 103)

= (7,7 . 106) - (0,0025 . 106)

= (7,7 - 0,0025) . 106

= 7,6975 . 106

Operações com notação científica

Multiplicação

Multiplicamos os números sem expoente, mantemos a potência de base 10

e somamos os expoentes de cada uma.

Exemplo: (4,3 . 103) . (7 . 102)

= (4,3 . 7) . 10(3+2)

= 30,1 . 105

Operações com notação científica

Divisão

Dividimos os números sem expoente, mantemos a potência de base 10

e subtraímos os expoentes.

Exemplo: 6 . 103

8,2 . 102

=(6/8,2) . 10(3-2)

= 0,73 . 101

Conversões

Símbolos