Noções de Eletricidade

Noções Básicas Sobre a Matéria

O que é Matéria -

Para podermos compreender o que é eletricidade, precisamos, primeiramente, conhecer a Matéria. Ela é a origem de todos os elementos do universo.

Podemos definir Matéria, como tudo que existe na natureza, tem peso e ocupa um lugar no espaço.

Se pegarmos qualquer Matéria e dividirmos milhões de vezes, chegaremos a uma parte que não podemos ver ao olho nu. Essa parte é chamada de ÁTOMO. Portanto, o ÁTOMO é a menor parte da Matéria.

ÁTOMO - Definição Simplificada

Por isso, o ÁTOMO é uma partícula presente em todo material do universo.

O universo, a terra, os animais... Tudo é composto de ÁTOMOS.

A menor parte do alumínio é o átomo de alumínio. Para fins didático, vamos aumentar milhares de vezes o átomo do alumínio.

No centro, que é o núcleo do átomo, temos os prótons e os nêutrons. Girando em torno do núcleo, nas camadas, temos os elétrons. Essas partículas são chamadas cargas elétricas.

Examinemos cada uma dessas partículas:

Prótons: São partículas fixas no núcleo, que possuem cargas elétricas positivas. Nêutrons: São partículas fixas no núcleo, que possuem cargas elétricas. Elétrons: São partículas fixas no núcleo, que possuem cargas elétricas negativas.

Normalmente o numero de prótons é igual ao numero de elétrons e dizemos que o corpo está em equilíbrio. Se o numero de elétrons é maior que o de prótons, dizemos que ele está carregado negativamente.Se tivermos mais prótons que elétrons, então dizemos que está carregado positivamente.

Corrente Elétrica

Quando temos dois corpos com números diferentes de elétrons, dizemos que eles possuem cargas elétricas diferentes. Ligando-se estes dois corpos através de um caminho condutor de elétrons, estes passarão de um corpo ao outro, procurando equilibrar as cargas elétricas. Ao movimento de elétrons através do "caminho condutor" chamamos Corrente Elétrica.

Logo, corrente elétrica é o movimento de elétrons de um átomo para outro, resultante do excesso ou falta de elétrons de um determinado átomo.

A unidade da intensidade de corrente elétrica é o Ampere, cujo símbolo é a letra A. O aparelho que mede a intensidade da corrente elétrica é o Amperímetro, que é ligado em série no circuito. Para evitarmos a abertura do condutor na medição da corrente, usa-se o Amperímetro tipo alicate.

Tensão Voltagem ou D.D.P

Para que os elétrons tenham movimentação, é necessário que haja uma força que os impulsione (como se fosse um empurrão), através do condutor.

Esta força é chamada Tensão, Voltagem ou D.D.P..

Assim como na corrente, a tensão elétrica aparece quando existe uma diferença de elétrons entre dois átomos.

Sempre que uma diferença de potencial, existe uma tensão tendendo a restabelecer o equilíbrio. Podemos demonstrar isso facilmente, por meio de duas vasilhas com água, ligadas por um tubo com um registro.

Na figura abaixo, o nível da água na figura A é superior ao da vasilha B, existindo uma diferença de potencial entre os mesmos. Se abrirmos o registro, haverá fluxo de água de A para B, até que a água fique no mesmo nível nas duas vasilhas.

Assim como ocorreu com a água, o mesmo acontece na eletricidade, onde havendo uma diferença de potencial e um caminho condutor, haverá circulação de corrente. O aparelho que mede a intensidade de tensão é o voltímetro, que é ligado em paralelo no circuito.

Noções de Materiais Condutores e Isolantes

Os materiais mais usados como condutores são o alumínio e o cobre. Dentre os dois, o cobre é melhor condutor que o alumínio pois possui maior quantidade de elétrons livres. Um material é bom condutor, quando possui grande quantidade de elétrons livre.

Quando passamos os elétrons pelo condutor mais fino, a dificuldade é maior, porque temos um pequeno número de elétrons livres, provocando aquecimento que muitas vezes rompe o condutor.

Concluímos então, que dependendo do número de elétrons que vai passar por um condutor, teremos que ter um condutor apropriado, variando de material e grossura.

Alguns materiais possuem seus elétrons muito próximos do núcleo. Deste modo, o núcleo exercerá grande força de atração sobre eles, oferecendo grande resistência à passagem da corrente elétrica

Esses materiais são maus condutores e, por isso, são chamados Isolantes. Como exemplo de materiais isolantes, temos: Borracha, vidro, a porcelana, o plástico e outros.

Resistência Elétrica

A dificuldade que os elétrons encontram para passar por um condutor é chamado de Resistência Elétrica. Logo, resistência elétrica, é a dificuldade de circulação da corrente elétrica.

A resistência de um condutor depende de: Do seu comprimento, porque quanto maior for o comprimento, maior será o caminho para a corrente elétrica percorrer. Da sua largura, porque quanto menor for a largura, menor será o número de elétrons livres. Do material, porque dependendo da constituição do matéria, o número de elétrons livres será diferente. A unidade da intensidade de resistência elétrica é o OHM, cujo o símbolo é a letra grega (Omega). O Ohmimetro é o instrumento que mede diretamente a resistência.

Circuito Serie, Paralelo e Misto

Circuito Serie

Circuito série é aquele cujos componentes estão ligados de tal modo, que permitem um só caminho à passagem da corrente elétrica. Vemos na figura abaixo, um conjunto de três lâmpadas formando um circuito série.

Desse modo, a tensão total de um circuito série é igual a soma das tensões dos seus componentes. ET = E1 + E2 + E3, etc...

Devemos considerar que, havendo um só caminho para passagem da corrente, todos os elementos são atravessados pela mesma intensidade de corrente. IR = I1 = I2 = I3 = etc...

Em virtude da composição do circuito série, é importante notar-se que: a - No circuito série as cargas funcionam simultaneamente. b - A falta ou interrupção de uma carga não permite o funcionamento das demais. c - A corrente de funcionamento das cargas devem ser iguais. d - O valor da tensão de funcionamento das cargas podem ser diferentes.

Circuito Paralelo

Circuito paralelo é aquele em que as cargas estão ligadas diretamente aos condutores da fonte. Dessa maneira, o circuito paralelo permite vários caminhos para a passagem da corrente, sendo cada carga um caminho independente para passagem da corrente elétrica. Vemos na figura abaixo, um exemplo de circuito paralelo formado com três lâmpadas.

Desse modo, a intensidade total de corrente no circuito paralelo é a soma das intensidade de corrente das cargas.

It=I1+I2+I3, etc...

A tensão elétrica é igual nos terminais de todos as cargas no circuito paralelo. Et=E1=E2=E3, etc...

Em virtude da composição do circuito paralelo, e importante notar que:

a - AS tensões das cargas devem ser iguais. b - As intensidades de corrente das cargas podem ser diferentes. c - Cada carga pode funcionar independentemente das demais.

Circuito Misto

Circuito misto é aquele que possui os componentes ligados tanto em série como em paralelo. Para os componentes ligados em série, adotar as mesmas características do circuito série e, para componentes ligados em paralelo, adotar as mesmas características do circuito paralelo.

Vamos examinar, agora, como funciona o circuito abaixo:

Acompanhe o percurso da corrente:

Sai da fonte A Passa pelo interruptor 01 Circula pelo consumidor h1 No ponto Y a corrente se divide: uma parte segue para o consumidor h2 e a outra

parte vai ao ponto X No ponto X a corrente sofre nova divisão. Parte vai ao consumidor h3 e parte segue

para o ponto Z e consumidor h4 No ponto C a parte da corrente que vem de h4 se junta com a parte que vem de h3 No ponto B nova união das partes que vem de h4 e h2 com a parte que circula por

h2 Do ponto B a corrente só tem um ponto para voltar à fonte. Deve passar por h5

Relação entre Tensão, Corrente e Resistência

Conhecidas as unidades de intensidade de corrente, tensão e resistência elétrica, vejamos como estes elementos relacionam-se entre si, num circuito elétrico.

Fazendo variar a tensão aplicada ao circuito, constata-se que o produto RxI, varia de acordo da variação da tensão.

Podemos dizer então que:

V= RxI esta constatação é chamada Lei de Ohm

Afim de facilitar a memorização da fórmula, utiliza-se o triangulo abaixo.

A Potência Elétrica

A potência elétrica depende da tensão e da intensidade de corrente. Sua intensidade é medida em Watts, cujo símbolo é a letra W. Constatamos que: Watt = Volt x Ampére O instrumento que mede diretamente a potência elétrica é o Wattimetro. Sempre que temos dois valores conhecidos, podemos calcular um terceiro valor, utilizando a fórmula P = VxI

Noções Sobre Transmissão e Distribuição

Produção de Energia Elétrica

A energia elétrica é produzida pelas "Centrais Elétricas". Elas utilizam outros tipos de energia, isto é transformam a energia hidráulica, térmica ou nuclear em energia elétrica. Atualmente, as "Centrais Elétricas: , se classificam segundo a fonte de energia que elas utilizam, que:

Centrais Hidroelétricas Centrais Termoelétricas Centrais Nucleares

À escolha da implantação das centrais hidroelétricas, termoelétricas e nucleares, é determinado pela localização da fonte de energia: lago, curso da água, minas de carvão, refinaria de petróleo, gás de alto fornos etc...

Transmissão de energia Elétrica

A energia elétrica tem o seu produtor e o seu centro consumidor. Para ela ir do centro produtor ao centro consumidor precisa ser transportada. Esse transporte de energia elétrica é feito mediante complexo sistema de linhas e equipamentos elétricos, cujas função compreendem duas etapas:

transmissão de energia elétrica distribuição de energia elétrica.

Essas duas etapas são bem definidas pelos seguintes motivos:

Centro produtor de energia elétrica é apenas um ponto de uma certa região. Centro consumidor é representado por uma série de pontos que são os consumidores.

É necessário ligar o centro produtor ao centro consumidor. O centro produtor fica distante do centro consumidor, e não é interessante ligá-lo a cada consumidor. Para isto deve-se ligar o centro produtor ao centro consumidor de distribuição e depois tirar ramificações do centro de distribuição para os diversos consumidores.

A linha (PD) que liga o centro produtor (P) ao centro de distribuição (D), é chamada de l,linha de transmissão e o conjunto de todos os elementos necessários à essa transmissão constitui o "Sistema de Transmissão". As diversas linhas que unem o centro de distribuição, aos diversos consumidores são as linhas de distribuição e o conjunto de todas essas linhas e seus acessórios constitui o "Sistema de Distribuição".

Características que identificam Linhas de Transmissão das Linhas de Distribuição

As linhas transmissão podem transportar toda a potência que está sendo gerada, enquanto que as linhas de distribuição transportam apenas uma parcela da potência gerada.

As linhas de transmissão operam em altíssima tensão (por exemplo a linha que liga a Eletropaulo com a Light, operam em 138 Kv a 240 Kv). Enquanto que a linha de distribuição primária funciona em 6 Kv, 13,8 Kv e 25 Kv; e a linha de distribuição secundária funciona com 220 V que é a tensão trifásica mais comum.

As linhas de transmissão apresentam menores perdas que as linhas de distribuição.

Distribuição de Energia Elétrica

Chegamos a última parte de um sistema de energia elétrica e a mais importante para nosso estudo: o "O Sistema de Distribuição".

As linhas, de transmissão chegam às sub-estações abaixadoras, onde a tensão de transmissão é

reduzida aos valores desejados para distribuição. o "O Sistema de Distribuição" é formado pelos

alimentadores de alta tensão, transformadores e linhas de baixa tensão.

Subestação Abaixadoras

Reduzem a tensão de transmissão aos valores de distribuição ou para outro valor menor para transmissão.

Transformadores de Distribuição

É empregado para reduzir a tensão, a nível adequado dps diversos tipos de consumidores existentes. Os transformadores de distribuição, são instalados em postes ou câmeras subterrâneas. Estes transformadores devem ser instalados de maneira tal que a corrente fornecida, se reparta igualmente para ambos os lados de saída em baixa tensão.

Iluminação Publica

Em baixa tensão é feita a iluminação pública das ruas e avenidas, utilizando-se atualmente, apenas lâmpadas para 220 volts. Para efetuar o comando das lâmpadas, são usados relés fotoelétricos.

Ligação de Consumidores em BT

Cargas residentes e industriais pequenas, são ligadas diretamente às linhas de BT.

Ligação de Cargas Expressivas

Para as indústrias com cargas expressivas exige-se que as mesmas instalem transformadores próprios.

Circuito de At e BT

Na rede Aérea existem três tipos de circuitos de alta tensão:

Os de 25 Kv = 25 000 volts - 3 fases A - B - C Os de 13,8 Kv = 13 800 volts - 3 fases A - B - C Os 7,62 kv MRN Redes Rurais 1 fase (ligações rurais)

Existem também três tipos de circuitos de baixa tensão:

Monofásico - Neutro e fase Bifásicos - Neutro e duas fases Trifásicos - Neutro e 3 fases

Circuitos Equilibrados e Desequilibrados

Circuito Equilibrados

O circuito é equilibrado quando as cargas ligadas entre as fases ou entre fase e neutro são iguais. Faremos uma experiência, usando para as cargas, lâmpadas de 100 W.

Circuito Desequilibrados

O circuito é desequilibrado quando as cargas ligadas entre as fases ou entre fase e neutro são diferentes. Através de leituras, podemos verificar os valores de tensão e corrente em cada caso.

Conclusão

Se você já efetuou as leituras com o voltímetro, faça também as leituras de corrente. A seguir, peça ao instrutor para desligar o neutro e efetue novamente as medições. Quais são as suas conclusões? Discuta o que concluiu com o instrutor.

Noções de Corrente Alternada

Embora tenhamos várias formas de produzir eletricidade, tais como: fricção, pressão, calor, luz,

ação química e magnetismo, o que vai nos interessar será o assunto que se refere ao magnetismo,

pois é através dele que obtemos a corrente alternada.

Magnetismo

Há muitos anos passados, os gregos descobriram que um certo tipo de rocha, encontrada perto da cidade de Magnésia, tinha o poder de atrair e segurar pedaços de ferro. A rocha encontrada era na realidade, um tipo de ferro, chamado "magnetita", e por isso seu poder de atração foi chamado "magnetismo".

As rochas que contém o metal que apresenta este poder de atração, são chamadas de imãs naturais.

Podemos criar imãs artificiais friccionando um imã natural em um pedaço de ferro. Os imãs tem sempre 2 pólos, o pólo norte e pólo sul.

Os pólos do mesmo nome se repelem e os pólos de nomes contrários se atraem. O instrutor mostrará através de experiências a exigência de regiões no espaço onde nota-se esses efeitos de atração ou repulsão.

Dizemos que nessa região existe um "campo magnético" e para representá-lo usamos linhas imaginárias que chamaremos de "linhas de força".

Assim representamos um campo magnético forte com muitas linhas e se quisermos indicar um campo fraco usamos poucas linhas.

Vamos observar uma nova experiência. Se pegarmos um pedaço de fio condutor e cortarmos as linhas de força de um imã, uma corrente elétrica circulará no condutor. Quanto maior for o pedaço de fio que cortar as linhas de força, maior será a corrente elétrica através do fio. Quanto mais velocidade dermos ao movimento de cortar as linhas de força, maior será a corrente elétrica.

Agora que você sabe que havendo um movimento entre o condutor e o imã aparece uma corrente elétrica, o instrutor vai explicar através dos desenhos abaixo, o comportamento dessas corrente. Depois você obterá essa corrente fazendo experiência conforme os desenhos.

Emprego da corrente alternada

A corrente elétrica alternada é hoje preferencialmente usada para a transmissão e distribuição de energia elétrica, pela facilidade de sua transformação em valores mais altos ou mais baixos, graças a um equipamento chamado transformador. Na saída da usina geradora a tensão é elevada, diminuindo-se a corrente, antes da sua entrada na linha de transmissão. No outro extremo da linha, fazemos o inverso, isto é diminuímos a tensão e elevamos a corrente, para que possamos fazer a distribuição de energia. A máquina que gera corrente elétrica chama-se alternador.

Circuito Trifásico "Delta" & "Triangulo"

Verificamos na prática que máquinaS GERAdoras (alternadores) possuem 3 (Três) bobinas, e não apenas uma, é como se possuíssem 3 (Três) geradores em um só. Cada bobina tem a sua própria corrente, e cada uma circula num tempo diferente, formando uma seqüência. Supondo que os desenho abaixo fossem os esquemas de dois geradores, podemos verificar que a corrente circula;a primeiro em "A", depois em "B" a seguir em "C" neste caso dize3mos que a seqüência é positiva.

Na seqüência negativa, a corrente circula primeiro em "A", depois em "C", a seguir em "B" e voltaria a "A".

A observação da seqüência da corrente é muito importante, principalmente na ligação dos motores. Se você reparar nas figuras pode notar que seriam necessários seis fios (dois para fase "A", dois para a "B" e dois para "C"). No entanto , você sabe que as redes possuem apenas 3 (fases "A", "B" e "C") ou 4 (fases "A", "B", "C" e neutro).