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ELETROELETRÔNICA

(ELEELO) PROF. HAMILTON. ETER. CURSO TÉCNICO DE MECÃNICA. MARÇO/2012

2 Índice: 1.0 Eletricidade. Pág.3 ,cap.1 2.0 Geração, Transmissão e Distribuição de energia. Pág. 4,cap.2 3.0 Estrutura da Matéria. Pág.7,cap.3 4.0 Conceitos Básicos. Pág.8,cap.4 5.0 Sentido da Corrente. Pág.12,cap.5 5.0 Corrente Contínua. Pág.14,cap.6 6.0 Corrente Alternada. Pág.15,cap.7 7.0 Circuito Elétrico.Pág.17,cap.8 8.0 Materiais Condutores, Isolantes e Semicondutores. Pág.19,cap.9 9.0 Resistência Elétrica. Pág.21,cap.10 10 Resistores. Pág.22,cap.13 11 Associação de Resistores ou Resistência Equivalente. Pág.29,cap.12 12 Lei de Ohm. Pág.39cap.12 13 Divisor de Tensão e Corrente. Pág.42,cap.14 14 Circuito Série. Pág.46,cap.15 15 Circuito Paralelo. Pág.46,cap.16 16 Potência Elétrica. Pág.51.cap.17 17 Pilhas e Bateria. Pág.54,cap.18 18 Lei de Kirchhoff para Tensão. Pág.59,cap.19 19 Lei de Kirchhoff para corrente. Pág.61,cap.20 20 Lei dos Nós. Pág.65cap.21 21 Lei das Malhas. Pág.67,cap.23 22 Ponte Resistiva. Pág.69,cap.22 23 Capacitores. Pág.72,cap.24 24 Resistividade. Pág.81,cap.25 25 Circuito Delta e Estrela. Pág.84,cap.26 26 Teorema de Thevenin. Pág.86,cap.27 27 Teorema de Norton. Pág.87,cap.28 28 Instrumentos de Medida. Pág.89,cap.29 29 Magnetismo e Eletromagnetismo. Pág.94,cap.30 30 Bobinas ou Indutores. Pág.97cap.32 31 Solenóide. Pág.100,cap.33 32 Relés. Pág.102,cap.33 33 Impedância Pág.103,cap.34 34 Gráfico Da: Resistência,Indutor,Capacitor. Pág.104,cap.35 35 Transformadores. Pág.106cap.36 36 Motores. Pág.112,cap.37 37 Geradores. Pág.126,cap.38 39 Comando e Proteção dos Circuitos. Pág. 129,cap.39 40 Diagrama de Comando e Proteção dos Circuitos. Pág. 136,cap.40 41 Filtros. Pág.137,cap.41 42 Sensores Pág. 139,cap.42 43 Simbologia. Pág.143,cap.43 44 Bibliografia. Pág.148,cap.44 45 Semicondutor.Pág.149,cap.45 46 Diodo Semicondutor ou Junção. Pág.151,cap.46. Fonte de Alimentação CC. Pág.162,cap.47. 47 Retificadores de Meia Onda. Pág.164,cap.49. 48 Retificadores de Onda Completa. Pág.167,cap.50 49 Retificadores em Ponte. Pág.165,cap.50 50 Transistores. Pág.173,cap.51 51 Eletrônica Digital. Pág.177,cap.52 52 Tecnologia SMD. Pág.178,cap.53. 53 Anexos Pag. 180,181,185 54 Bibliografia. Pág.188

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CAP. 1: Eletricidade.

A Energia Elétrica. A energia elétrica produzida pelas usinas é obtida a partir de alguma outra forma de energia que esteja disponível, para converter em energia elétrica. A) Energia Hidroelétrica. Na energia hidroelétrica a água é represada de modo a definir um desnível, e depois canalizada para turbinas que convertem a energia disponível em eletricidade. Essa eletricidade pode então ser enviada aos centros consumidores por meio de fios condutores. No Brasil este é o maior meio de geração de energia elétrica. B) Energia Termoelétrica. Uma alternativa complementar de energia é a energia termoelétrica. Essas usinas podem ser alimentadas por qualquer tipo de combustível que exista em abundância no local onde se vai instalar a usina como por exemplo gás, óleo diesel, carvão, ou mesmo lenha. O principio de funcionamento é o acionamento de combustível numa fornalha para produzir calor, que ferve a água de um reservatório. O vapor sob pressão que é produzido serve para acionar uma ou mais turbinas ligadas a geradores de eletricidade. Este tipo de energia alternativa tem um certo impacto no meio ambiente dada a poluição causada pelos gases resultantes da queima do combustível usado. C) Energia Nuclear. Existem elementos químicos que se desintegram naturalmente, quando então seus átomos se dividem liberando uma enorme quantidade de energia. O que acontece neste caso é a transformação direta de massa em energia. Uma simples barrinha de urânio ao se desintegrar pode fornecer tanta energia quanto milhares de toneladas de petróleo. Entretanto, podemos fazer a desintegração controlada de uma forma mais lenta, liberando energia em uma quantidade que possamos manusear. Isto é feito nas usinas nucleares que então, nada mais fazem do que produzir uma explosão nuclear controlada. No tipo comum de usina as barras de material radioativo são colocadas num tanque de água e posicionadas num tanque de tal forma que passam a liberar a energia de uma forma mais acelerada que a normal, mas sem explodir, mas o suficiente para aquecer esta água sob pressão a uma temperatura muita alta. Esta água é levada em tubos até um segundo tanque onde aquecem outra porção de água, mas que não teve contato com a substancia radioativa. Esta segunda porção de água aquece-se a ponto de ferver e o vapor é usado para movimentar turbinas geradoras de eletricidade, sendo então liberado na atmosfera.

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D) Estas são as formas de energias mais utilizadas no Brasil, outras formas de energias estão em estudos ou até mesmo são utilizadas em outros países como:

1) Energia Eólica. É a energia produzida pelos ventos. 2) Energia das Mares. A subida e descida do nível da água pelo efeito das marés consiste numa

fonte de energia que pode ser aproveitada para gerar eletricidade.

3) Energia Solar. Os painéis são usados para converter energia solar em energia elétrica, a qual serve para alimentar, alguns eletrodomésticos e lâmpadas esta forma de energia só será viável, quando tivermos um meio eficiente e barato de se converter a energia solar em energia elétrica. 4) Células a combustível. Neste tipo de gerador de energia elétrica, um combustível, normalmente um gás como o hidrogênio, é levado a uma câmara onde se combina em eletrodos especiais com o oxigênio, produzindo água. Nesta reação química é liberada energia que aparece sob forma de tensão nos eletrodos. O rendimento neste processo é alto, podendo ser obtidas grandes potências em volumes relativamente pequenos e não poluente. Esta energia pode substituir a atual energia elétrica e sem fios(em teste nos USA). Veículos usando células a combustível já se encontra circulando diversos países do mundo.

CAP. 2: GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA.

Definição: É o caminho que a corrente elétrica percorre desde a geração até o consumidor final. Uma vantagem da energia elétrica sobre as demais é a facilidade do transporte a grande distâncias, sem perdas considerável. A energia elétrica é produzida por máquinas elétricas instaladas em usinas e transportada para os centros consumidores através de cabos elétricos.

5As usinas elétricas utilizadas geralmente são: hidráulica(aproveitamento de queda de água), térmica (carvão, óleo), ou nuclear ( urânio enriquecido), que é transformada por suas máquinas em energia elétrica. As que funcionam com energia hidráulica são chamadas Usinas Hidrelétricas; as que usam energia térmica, Usinas Termoelétricas: e as que usam urânio enriquecido, Usinas Nucleares. As termoelétricas e as nucleares podem ser construídas mais próximas dos centros consumidores do que as hidrelétricas, mais o seu custo operacional ainda é mais elevado do que o destas últimas. Elas somente são usadas como auxiliares das hidrelétricas, ou em locais onde não existe potencial hidráulico. As usinas hidrelétricas ficam situadas, geralmente, em distâncias superiores a 30 Km dos centros consumidores. Se a tensão de transmissão fosse a mesma de utilização dos centros consumidores, mesmo que os condutores usados fossem de seções gigantescas, as perdas seriam tão grandes, que o transporte da energia se tornaria impraticável. Exemplo: Um chuveiro ligado em 127V, corrente 40 A, fio 6,0 mm2. Um chuveiro ligado em 220V, corrente 25 A, fio 2,5 mm2.

Vale a pena comentar que os valores de potência de distribuição são os seguintes:

6Até 10.000w. Fornecimento monofásico. Feito a dois fios sendo um fio fase e o outro neutro na tensão de 127V. Acima de 10.000w até 20 000w. Fornecimento bifásico. Feito a três fios sendo dois fio fase e um neutro na tensão de 127V 220V. Acima de 20.000w até 75.000 w. Fornecimento trifásico. Feito a quatro fios sendo três fio fase e um neutro na tensão de 127V 220V. Potências de algumas usinas: a) Usina Nuclear. Angra1 657 MW, Angra2 1350 MW, Angra3 1350 MW ( em projeto). b) Usina Hidroelétrica. Funil 216 MW, 03 geradores de 72 MW Itaipu – Foz do Iguaçu - 12.600 MW 18 geradores de 700 MW.

EXERCÍCIOS SOBRE: GERAÇÃO E DIST. DE ENERGIA. 1- Qual o nome do conjunto de equipamento fundamental em uma usina de geração de energia elétrica ? R Turbina e gerador. 2- Qual o valor da tensão gerada em uma usina elétrica ? R 13.800 V 3- Qual o nome da unidade em uma usina geradora de energia elétrica que eleva o valor da tensão elétrica. R Subestação elevadora. 4-Cite a tensão mais usada em linha de transmissão. R 138. 000 V 5- Cite outras tensões usadas em linhas de transmissão. R 69 000 V, 88.000V, 230.000 V 6 -Qual o nome do equipamento na subestação que eleva ou abaixa a tensão ? R Transformador. 7- Qual o valor da tensão recebida por industrias de grande porte como a ; CSN, PETROBRÁS, COSIGUA, VALE DO RIO DOCE. R 138. 000 V. 8 -Qual o nível de tensão de um modo geral usada nos motores nas indústrias? R 380 V , 440 V. 9- Qual o objetivo em transmitir energia em alta tensão ? R Diminuir a perda da potência transmitida. 10- Qual o nível da tensão recebida nas residências e comércio ?

7R 127 e 220 V. 11- Quais os tipos de energia mais usadas no Brasil ? R Usina Hidrelétrica, fonte água. Usina Termelétrica, fonte gás, óleo. Usina Nuclear, fonte urânio.

CAP.3: ESTRUTURA DA MATÉRIA Demócrito (460 - 370 AC ) antigo filósofo grego, criou a Teoria de que todos os corpos existentes eram formados pela junção de inúmeras minúsculas partículas invisíveis ao olho humano, chamado átomos. A maneira com que os átomos se juntam entre si dá a forma aos infinitos corpos existentes no universo. Assim, dois objetos de mesma massa ( isto é com a mesma quantidade de átomo) podem ser completamente diferentes por causa da maneira com que os seus átomos estão agrupados. Segundo a Teoria de Demócrito, o átomo era a menor parte da matéria, isto é qualquer corpo poderia ser dividido até o ponto em que só sobrassem seus átomos isoladamente. Hoje sabemos que o átomo se divide em prótons, nêutrons, e elétrons. A quantidade de elétrons, prótons, nêutrons que cada átomo possui gera um elemento diferente, como o hidrogênio, oxigênio, carbono como mostra a Tabela Periódica dos Elementos. Na natureza, os elementos buscam o equilíbrio. A maioria dos elementos não estão em equilíbrio ou estão com falta de elétrons ou estão com excesso de elétrons. Os átomos se aproximam para formar moléculas ( conjunto de átomos) por causa da falta ou do excesso de elétrons que possuem,como por exemplo a molécula de H2O.

PROCESSO DA MATÉRIA:

Ex. madeira, vidro, água Ex. H2O Ex. H, C

1.0 Matéria

Definição: Matéria é tudo que existe no universo. A madeira, o vidro, a água são exemplos de matéria. No entanto podemos perceber diferenças nessas matérias: A água não tem forma própria. Essas diferenças ocorrem porque cada tipo particular de matéria é uma substância com características próprias.

2.0 Substância Definição: É a propriedade particular de cada tipo de matéria. Ex: vidro e madeira.

3.0 Moléculas

Matéria Substância Molécula Átomo

8Definição: A molécula é a menor partícula de uma substância que ainda conserva as suas propriedades. Ex H2O São partes tão pequenas, que não podem ser vistas mesmo com o auxílio aos microscópios. Pôr exemplo, uma molécula de água é a menor quantidade de água que pode existir. As moléculas são constituídas de átomos. O que caracteriza uma molécula é o tipo de átomo, a quantidade deles e o modo como são combinados para constituí-la. Atualmente são conhecidos 103 tipos diferentes de átomos. Cada tipo recebeu um nome e tem características próprias.

4.0 Átomos, Prótons, Nêutrons e Elétrons. Definição: O átomo é uma pequena partícula que consiste de um núcleo central, formado pôr dois tipos de partículas simples e indivisíveis os prótons e os nêutrons. Os prótons têm carga elétrica positiva e os nêutrons não têm carga. Os elétrons que giram em torno do núcleo com carga negativa (modelo de Rutherford e Bohr entre 1885 e 1962). Durante muito tempo se acreditou que o átomo fosse a menor parte da matéria. Tanto assim que o seu próprio nome( do grego a = sem e tomo = dividir) significa “o que não se pode dividir”. Atualmente, sabe-se que o átomo se compõe de Prótons, Nêutrons e Elétrons e que prótons e nêutrons são formados por partículas ainda menores, os Quarks.

Obs: Em um átomo sem carga elétrica, as cargas de um tipo são anuladas pelas de outro tipo, e dizemos que o átomo está eletricamente neutro.

CAP.4: CONCEITOS BÁSICOS.

Em volta desse núcleo gira um número variável de partículas de carga elétrica negativa- os elétrons – que realizam milhões de rotações pôr segundo. O núcleo positivo – prótons – atrai os elementos negativos, impedindo que eles saiam de sua órbita (fig.4)

91.0- Equilíbrio de cargas elétricas .

Definição: Em condições normais, o número de elétrons em torno de um núcleo é sempre igual ao número de prótons desse núcleo (figs.5,6,7), havendo, portanto, equilíbrio de cargas elétricas. Os prótons e nêutrons têm massa aproximadamente igual. Já a massa do elétron é de 1.837 vezes

menor que a de um próton. A massa de um elétron é de 9,1x10-28.grama. A massa de um próton é de 1,7x10-24grama. É uma relação como a massa de um pássaro e a massa de um elefante. Nota: Cargas de sinais iguais se repelem. + + - - Cargas de sinais diferentes se atraem. + -

CONCEITOS BÁSICOS 2.0 - ELETRIZAÇÃO OU IONIZAÇÃO

Definição: Eletrização ou ionização é quando o átomo recebe ou doa elétrons para se equilibrar.

É possível, porém,retirar ou acrescentar elétrons aos átomos de um corpo. Quando isso acontece, passa a existir uma diferença de cargas elétricas no átomo. Dizemos, então, que o átomo está eletrizado ou ionizado. Quando um átomo perde ou recebe elétrons, transforma-se num Íon. Se ficar com falta de elétrons, será um Íon positivo. Se ficar com excesso de elétrons, será um Íon negativo. Para esclarecimento, vejamos os seguintes exemplos: Um átomo de ferro tem 23 prótons e 23 elétrons. Se ele perder 3 elétrons, ficará com 23 prótons (carga positiva) e 20 elétrons (carga negativa) e será um Íon positivo. Se o átomo de ferro receber 3 elétrons, ficará com 23 prótons (carga positiva) e 26 elétrons (carga negativa) e será Íon negativo .

10 Há vários Processos para desequilibrar as cargas elétricas dos átomos de um corpo, criando uma diferença de potencial cuja tensão elétrica será tanto maior quanto maior for a diferença das cargas. No decorrer do curso, analisaremos os processos industriais, porém podemos estudar agora o primeiro processo de que se tem notícia: o de Eletrização Pôr Fricção . Sabe-se, quando um corpo é friccionado com outro, ambos adquirem cargas elétricas: um pôr perder elétrons e o outro pôr recebê-lo. Podemos constatar esse processo, fazendo a experiência que se segue: A Cortamos papel fino em partículas do menor tamanho possível. B Friccionamos o lado de um pente num pedaço de flanela, seda ou lã, sempre no mesmo sentido. C Aproximamos o pente das partículas de papel. Conclusão: As partículas de papel são atraídas pelo pente. Eletrostática, ciência que estuda a eletricidade estática. Ex.: Carga elétrica em bastão de plástico, resina fóssil âmbar. Eletricidade é a ciência que estuda a ação de elétrons forçados a sair de suas órbitas normais em torno do núcleo de um átomo.

3.0 - Corrente Elétrica. Definição: Corrente Elétrica é um fluxo de elétrons em movimento ordenado. Quando um átomo está ionizado, sua tendência é voltar ao estado de equilíbrio. Evidentemente, um corpo eletrizado tende a perder sua carga, libertando-se dos elétrons em excesso, ou procurando adquirir os elétrons que lhe faltam. Concluímos, então, que basta unir corpos com cargas elétricas diferentes para que se estabeleça um fluxo de elétrons, que chamamos CORRENTE ELÉTRICA.

Para se ter uma idéia exata da grandeza (INTENSIDADE) de uma corrente elétrica, tornou-se necessário estabelecer uma unidade padrão.

Falar em elétrons que passam pôr segundo num condutor é impraticável, pois os números envolvidos nos problemas seriam enormes. A fim de se eliminar esses inconvenientes, fez-se uso de uma unidade de carga elétrica – o COULOMB (C) – que corresponde a 6,28 x 1018 elétrons.

A intensidade de corrente elétrica é medida em AMPÈRE e corresponde à quantidade de COULOMBS que passa pôr segundo em um condutor.

11Uma intensidade de 1 Coulomb pôr segundo equivale a 1 ampère. O instrumento que mede a intensidade de corrente é o AMPERÍMETRO

4.0 -Tensão Elétrica. Definição: Tensão Elétrica ou DDP(diferença de potencial) é a força que desloca os elétrons. Vimos que sempre que se modifica a estrutura dos átomos de um corpo, este fica eletrizado. Se tivermos dois corpos com cargas elétricas diferentes, haverá entre eles uma diferença de potencial (d.d.p.) elétrico, da mesma forma que houve uma diferença de potencial hidráulico no caso das vasilhas. É importante, em todos os campos de aplicação da eletricidade, sabermos o valor da tensão da d.d.p. Para isso, existe uma unidade de medida,que é o Volt, e um instrumento para medi-la, que é o voltímetro. Eletrodinâmica, ciência que estuda as cargas elétricas em movimento. Ex.: Corrente elétrica em um condutor elétrico. OBS: Ampère (pronuncia-se Amper), em homenagem ao físico francês André-Marie Ampère (1775 – 1836). Tensão elétrica é medida em Volts em homenagem ao físico italiano: Alessandro Volta (1745 – 1827), que construiu a primeira pilha elétrica.

CONCEITOS BÁSICOS

5.0 - Tensão Elétrica em relação a um Sistema Hidráulico. Definição: É uma comparação do sistema hidráulico com o sistema elétrico. Sempre que há uma diferença de potencial (d.d.p.), existe uma tensão tendendo a restabelecer o equilíbrio. Podemos demonstrar isso facilmente, pôr meio de duas vasilhas com água, ligada pôr um tubo com registro.

Na fig.2, a água das vasilhas estão no mesmo nível, não havendo diferença de potencial entre as mesmas. Se abrirmos o registro, não haverá fluxo de água de uma para a outra.

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Na fig.3, o nível da água na vasilha A é superior ao da vasilha B, existindo uma diferença de potencial entre os corpos. Se abrirmos o registro, haverá fluxo de água de A para B, até que a água fique no mesmo nível nas duas vasilhas, ou seja restabelecido o equilíbrio.

Do exposto podemos verificar que a diferença de potencial hidráulico (da água) provocou uma tensão hidráulica. Concluímos que a água se deslocou porque houve uma diferença de pressão do tanque A em relação ao tanque B.

CAP.5 :Sentido da Corrente Elétrica Definição: São os dois sentidos que a corrente elétrica pode apresentar ao circular em um circuito elétrico sendo eles: sentido convencional ou clássico e sentido eletrônico (o sentido de movimento dos elétrons). Para entendermos o sentido da corrente elétrica, é bom recapitularmos as condições de cargas elétrica do átomo.

Como sabemos os prótons tem carga positiva, e os elétrons, cargas negativas. Se o átomo perde elétrons, ficará com carga positiva. Se o átomo recebe elétrons, ficará com carga negativa. Se

13consideramos as condições de carga dos átomos apresentados, havendo ligação entre eles, o átomo B (-) cederá dois elétrons ao átomo A (+). Logo, o sentido da corrente elétrica é da carga negativa (-) para a carga positiva (+). Entretanto, antes de ter alcançado esses conhecimentos sobre os átomos, o homem já fazia uso da eletricidade e sabia que algo se movimentava, produzindo a corrente elétrica, e, pôr uma questão de interpretação, admitiu que o sentido da corrente elétrica fosse do positivo (+) para o negativo (-).

Para evitarmos dúvidas, sempre que considerarmos o sentido da corrente como sendo igual ao dos elétrons, diremos Sentido Eletrônico ou Real e , no caso oposto, Sentido Convencional Ou Clássico.

EXERCÍCIOS SOBRE : CONCEITOS BÁSICOS. 1.0 Definir o que vem a ser matéria . R É tudo que existe no universo e ocupa lugar no espaço. 2.0 Definir substância. R É a característica própria de cada tipo de matéria. 3.0 Definir átomo . R É uma partícula composta de prótons, nêutrons e elétrons. 4.0 Como é distribuído os prótons, nêutrons e elétrons no átomo ? R Os prótons e nêutrons, se localizam na parte central do núcleo e os elétrons ficam girando em torno do núcleo. 5.0 O que é equilíbrio de cargas elétricas ? R É quando o número de prótons é igual ao número de elétrons. 6.0 Definir átomo eletrizado ou ionizado. R É quando um átomo perde ou recebe elétrons para se equilibrar suas cargas elétricas.

14 7.0 Quais são os nomes dos átomo ionizados ou eletrizados ? R Átomo negativo ou ânion. Átomo positivo ou cátion 8.0 Qual a unidade de medida de tensão elétrica e qual o equipamento p/ medi-la? R Volts, voltímetro. 9.0 Qual a unidade de medida de corrente elétrica qual o equipamento p/ medi-la? R Ampère, amperímetro. 10.0 Qual a unidade de medida de cargas elétricas ? R Coulomb (C), seu valor é 6,28 x 1018. 11.0 Definir corrente elétrica. R É um fluxo de elétrons em movimento ordenado. 12.0 Definir tensão elétrica. R É a força que desloca os elétrons. 13.0 Quais os sentido da corrente elétrica e sua definição? R Sentido eletrônico: a corrente sai pelo terminal negativo da fonte geradora. Sentido convencional: a corrente sai pelo terminal positivo da fonte geradora.

CAP.6: CORRENTE CONTÍNUA. Definição: Corrente contínua é aquela que circula no circuito em um único sentido e não varia durante o tempo ( (CC) corrente contínua, (DC) direct current ). Ex. Pilhas, baterias. A corrente elétrica, que é o fluxo de elétrons se deslocando de um local para outro, só existe quando há diferença de potencial entre dois pontos, isto é quando um ponto está com excesso de elétrons e o outro está com falta de elétrons. A diferença de potencial ou a força que move os elétrons de um ponto ao outro é chamado de tensão elétrica. A tensão fornecida por meio de produtos químicos como por exemplo uma pilha é chamada de tensão contínua . Esse nome vem do fato de que a pilha fornece sempre a mesma tensão, de maneira fixa ( é claro que essa tensão vai abaixando à medida que a pilha vai ficando fraca ). O gráfico da figura abaixo, mostra o comportamento de uma pilha de 1,5 V ao longo do tempo.

Qualquer circuito capaz de fornecer tensão elétrica é chamado fonte de tensão ou fonte de alimentação. Uma pilha é, portanto uma fonte de tensão contínua.

15Vale lembrar que se a fonte de tensão é continua a corrente também é contínua.

Simbologia Obs: Na cc, temos um pólo chamado positivo (+) e outro chamado negativo (-).

CAP.7: CORRENTE ALTERNADA.

Definição: Chamamos de corrente alternada a aquela que no circuito, ora circula no sentido positivo, ora circula no sentido negativo durante o tempo ( (CA) corrente alternada, (AC) alternating current). Ex. Tensão da concessionária Light. Fontes de tensão alternada como a tomada elétrica encontramos em nossas casas elas possuem 02 pólos: uma chamada fase e outro chamado neutro. O pólo chamado neutro é o zero volt. Já o pólo fase é por onde a tensão elétrica vem. Ao contrário do que existe em uma pilha ou em fonte de tensão contínua qualquer, na tensão alternada não existe os pólos positivos e negativos. A fase é ao mesmo tempo, o pólo negativo e o pólo positivo, dependendo do momento.

Símbolo da tensão alternada.

Se representássemos, num gráfico, os valores da corrente num eixo vertical e o tempo horizontal, obteríamos uma curva senóide como a da fig.1, para a representação da variação da corrente alternada, com os seus componentes.

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*Amplitude é o espaço compreendido entre dois pontos extremos de uma forma de onda. Trata-se de uma característica de todas formas de onda geralmente é fornecido em volts pico a pico. A amplitude total é de pico a pico. *Freqüência é o número de vezes que um sinal é repetido por segundo, sua unidade é o Hertz ou ciclos/segundos. A freqüência é medida pelo frequencímetros. A freqüência possui uma fórmula: F = 1/T F = freqüência (Hertz) T= Período (seg) Período é o tempo medido por um ciclo do sinal, caso este seja repetitivo. Sua unidade é o segundo. Obs: Na CA, temos os pólos fase e o pólo neutro, daí temos ckt monofásico 1 fase e neutro, ckt bifásico 2 fases e neutro, ckt trifásico 3 fases e neutro. Vemos ai que, no instante inicial, a corrente tem valor nulo, crescendo até um valor máximo, caindo novamente a zero; nesse instante, a corrente muda de sentido porém seus valores são os mesmos da primeira parte. O mesmo acontece com a tensão. Durante um ciclo, a corrente e a tensão tomam valores diferentes de instante a instante: esses são ditos valores momentâneos ou instantâneos, dentre os quais cumpre destacar o valor máximo (I máx.). Entretanto, na prática, não é o valor máximo o empregado, e sim o valor eficaz. Pôr exemplo, um motor absorve uma corrente de 5A, que é o valor eficaz. Define-se como valor eficaz de uma corrente alternada o valor de uma corrente contínua que produzisse a mesma quantidade de calor na mesma resistência.

Esse valor é expresso pôr: Ief = √ 2 I max = 0,707. Imax

2 Por analogia, para a tensão, temos: Vef = √ 2 Vmax = 0.707.Vmax

2

Tanto o voltímetro como amperímetro para corrente alternada medem valores eficazes. Vale lembrar que se a fonte de corrente for alternada a corrente será alternada, de mesmo modo se a fonte de corrente for contínua a corrente será contínua. RMS – é a abreviatura de Root Mean Square, que podemos traduzir, Raiz Média Quadrática, que tem como definição:

17É o valor de tensão AC (corrente alternada) eficaz que corresponde a uma tensão DC (corrente direta) de mesma potência dissipada em uma mesma carga. PMPO _ POTÊNCIA Máximo do Pico de Operação:

Comprimento da onda: É o comprimento de uma onda ou ciclo completo. Ele depende da freqüência da variação periódica e da velocidade de transmissão. Fórmula é: λ = velocidade Freqüência c = velocidade da luz, 3x 108 m/s uma constante. F = rádio-freqüência em Hz. λ = comprimento de onda em metros

CAP.8: CIRCUITO ELÉTRICO. Definição: 1.0 Circuito Elétrico É o caminho percorrido pela corrente elétrica. Dependendo do efeito desejado, o circuito elétrico pode fazer a eletricidade assumir as mais diversas formas como: luz(lâmpada), som(música), calor(chuveiro), movimento(motor). No circuito elétrico, é importante determinar a função de cada componente, para que se possa entender o seu funcionamento. A fig.1 mostra um circuito elétrico com os seus componentes identificados. Vejamos a função de cada um.

182- Fonte Geradora ou Fonte de Alimentação É o componente onde a energia elétrica é gerada. Ex: Baterias, dínamos, etc. 3 -Condutores São os componentes que conduzem a corrente elétrica da fonte geradora para os receptores. Ex: Fio de cobre.

4-Receptores, consumidores, ou carga. São os componentes que utilizam a corrente elétrica para produzir luz, força,som, calor,etc. Ex:Ventilador , lâmpadas, motor. 5-Chave ou interruptor É o componente que abre e fecha o circuito (deixar ou não passar a corrente elétrica). Ex:Interruptor ,disjuntor. 6– Fusível: Tem a função de proteger o circuito contra: sobrecarga e curto-circuito. In – Corrente nominal, é o valor de corrente de operação do circuito. Is Corrente de sobrecarga, é um valor acima da corrente nominal. Icc Corrente de curto-circuito é um valor de corrente, bem acima da corrente de sobrecarga. 7-Funcionamento do circuito elétrico. A lâmpada traz no seu interior uma resistência chamada filamento. Ao ser percorrida pela corrente elétrica, essa resistência fica incandescente e gera a luz. O filamento recebe a tensão através dos terminais de ligação. E quando se liga a lâmpada à pilha, por meio de condutores, forma-se um circuito elétrico. Os elétrons, em excesso no pólo negativo da pilha, movimentam-se pelo condutor e pelo filamento da lâmpada, em direção ao pólo positivo da pilha. Resumindo: Quando a chave está fechada, a corrente elétrica circula da fonte geradora para o receptor retornando a fonte geradora. Esse processo permanece, até que o circuito seja aberto ou a fonte geradora pare de gerar.

EXERCÍCIOS SOBRE : CIRCUITO ELÉTRICO. 1.0 Definir o que vem a ser circuito elétrico . R É o caminho percorrido pela corrente elétrica. 2.0 Quais são os componentes básicos de um circuito elétrico? R Fonte geradora, condutores, chave ou interruptor, receptor.

193.0 Qual a finalidade da chave ou interruptor ? R Interromper a corrente elétrica ou deixar passar a corrente (abrir ou fechar o circuito) 4.0 Explique o funcionamento de um circuito elétrico. R Com a chave fechada a corrente elétrica, circula da fonte geradora para os receptores, retornando a fonte geradora. Esse processo se repetirá, até que o circuito seja interrompido ou a fonte para pare de gerar energia elétrica. 5.0 Qual a função da fonte geradora ? R É o componente, onde a energia é produzida, como pôr exemplo bateria, pilhas, usina. 6.0 Qual a função dos condutores? R É o material que conduz a energia da fonte geradora aos receptores, como pôr exemplo fios e cabos de cobre. 7.0 Qual a função dos receptores ? R São os componentes recebem a corrente elétrica e a transforma em luz, força. 8.0 O que aconteceria no circuito se não houvesse a chave ? R O circuito iria funcionar eternamente enquanto houvesse corrente elétrica.

CAP.9: MATERIAIS CONDUTORES,ISOLANTES E SEMICONDUTORES.

Todos os materiais oferecem uma certa oposição a passagem da corrente elétrica; no entanto dependendo da substância do material, essa oposição é maior ou menor, sendo que alguns materiais praticamente não permitem a passagem da corrente elétrica.

MATERIAIS CONDUTORES. Definição: Os materiais que oferecem pouca oposição `a passagem da corrente elétrica são chamamos de materiais condutores. Ex Prata, cobre, alumínio, Zinco, Latão, Ferro, Carvão, Água Salgada e Soluções Semelhante. Produtos; fio de cobre , fio de alumínio, cabo coaxial.

GRAFICAMENTE. Dizemos que um material é condutor, se a banda proibida não existe, e a banda de condução está parcialmente ocupada com elétrons da banda de valência. Neste material um elétron pode passar facilmente da banda de valência para a banda de condução sem precisar de muita energia. Ex: materiais metálicos.

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MATERIAIS ISOLANTES ou DIELÉTRICOS. Definição: Os materiais que praticamente não permitem passagem da corrente elétrica chamamos de materiais isolantes. Ex Vidro, borracha, porcelana, mica, plásticos, ardósia, cerâmica. Produtos; isoladores de pino A razão da maior ou menor oposição oferecida à passagem da corrente elétrica tem sua explicação na estrutura dos átomos.Em alguns materiais, os elétrons em órbitas mais afastadas sofrem pouca atração do núcleo, tendo facilidade de se deslocar de um átomo para outro átomo, num rodízio desordenado, sendo chamados de elétrons livres. Os elétrons livres são numerosos nos materiais condutores e praticamente inexistentes nos materiais isolantes.

GRAFICAMENTE.

Dizemos que um material é isolante se ele possui banda de condução e valência de largura média, e banda proibida bastante larga. Neste material um elétron para se libertar tem que dar um salto muito grande pouquíssimo elétrons

tem energia para tal. Ex: vidro, borracha.

MATERIAIS SEMICONDUTORES. Definição: É um material intermediário entre os condutores e os isolantes. Os semicondutores são materiais preparados em laboratório , através da adição de impurezas. Eles conduzem a eletricidade melhor em um sentido do que no outro sentido. Ex. silício, germânio, selênio, óxido de cobre. Produtos: diodos, transistor, (CI)circuitos integrados, Chip, Led.

GRAFICAMENTE.

Dizemos que um material é semicondutor se ele possui bandas de condução e valência de largura média e banda proibida estreita.

21É um intermediário entre os materiais isolantes e condutores. O elétron precisa dar um salto pequeno para sair da banda de valência para banda de condução. Ex: silício, germânio.

CAP.10: RESISTÊNCIA ELÉTRICA. Definição: É a oposição que os materiais oferecem à passagem da corrente elétrica. As Leis da resistência elétrica foram pesquisadas por George Simon Ohm cientista alemão. A resistência elétrica é de grande importância na solução dos problemas de eletricidade. A unidade de medida da resistência elétrica é o OHM representado pela a letra grega ômega :(Ω). O símbolo de resistência elétrica é a letra: (R) . A resistência elétrica é medida em instrumentos chamados OHMÍMETROS. Quando a resistência é muito grande, o instrumento usado é o MEGÔMETRO. Múltiplos do OHM: Quando queremos medir resistências muito grandes, usamos o QUILOHM (KΩ) que equivale a 1.000 Ω, o MEGOHM (MΩ), que equivale a 1.000.000Ω, o GIGAOHM (GΩ) que equivale a 1.000.000.000 Ω. Submúltiplos do OHM: Quando queremos medir resistências muito pequenas, usamos o MILIOHM (mΩ) que equivale a 0,001Ω(milésimo do Ω) ou o MICROHM (μΩ) que equivale a 0,000.001Ω (milionésimo do Ω). O inverso da resistência é a condutância (C), que tem como unidade o MHO .

C = 1 R = 1 R C

Escala de Unidades: 109 106 103 UNIDADE 10-3 10-6 10-9 10-12 GIGA MEGA KILO PADRÃO MILI MICRO NANO PICO

G M K m μ N P

1000 : X 1000

22 Exemplos de Unidades: Tensão (Volt), Corrente (Ampère), Resistência (Ohm), Potência (Watt), Capacitância (Farad), Indutância (Henry).

EXERCÍCIOS SOBRE: RESISTÊNCIA ELÉTRICA.

1. Converter 2,1 V em milivolts. R 2.100 mV 2. Converter 2500 V em Kilovolts. R 2,5 kV 3. Converter 356 mV em Volts. R 0,356 V 4. Converter 50. 000 Ω em MΩ. R 0,05 MΩ 5. Converter 8,2 KΩ em Ω. R 8.200 Ω 6. Converter 680 KΩ em MΩ. R 0,680 MΩ 7. Converter 680 Ω em MΩ. R 0,000680 MΩ 8. Converter 47.000 Ω em KΩ. R 47 KΩ 9. Converter 1.000.000Ω em KΩ. R 1.000 kΩ 10 Converter 12.000 Ω em K Ω. R 12 KΩ 11. Converter 120Ω em KΩ. R 0,12 KΩ 12. Converter 20 000 Pf em μF. R 0,02 μF 13. Converter 0,006 A em mA. R 6 mA 14. Converter 2 A em mA. R 2.000 mA 15. Converter 1.327 m A em A. R 1,327 A 16. Converter 20.000μA em A. R 0,020 A 17. Converter 0,25 mA em μ A. R 250 μA

CAP.11: RESISTORES 1)Definição: Resistor é um componente formado pôr um corpo cilíndrico de cerâmica sobre o qual é depositada uma camada de material resistivo. Esse material determina o tipo e o valor de resistência nominal do resistor. Ele é dotado de dois terminais colocados nas extremidades do corpo em contato com o filme resistivo, e não possui polaridade.

2) SIMBOLOGIA:

233) APLICAÇÃO:

Os resistores são utilizados nos circuitos eletrônico para limitar a corrente elétrica e, conseqüentemente, reduzir ou dividir tensões. Os resistores são componentes que formam a maioria dos circuito eletrônicos. Eles são fabricados com materiais de alta resistividade com a finalidade de oferecer maior resistência à passagem da corrente elétrica. Dificilmente se encontrará um equipamento eletrônico que não use resistores Você vai ser capaz de identificar as características elétricas e construtivas dos resistores. Vai ser capaz também de interpretar os valores de resistência expressos no código de cores. 4) Tipos de Resistores Fixos. Há quatro tipos de resistores, classificados segundo sua constituição: Resistor de filme de carbono; Resistor de filme metálico; Resistor de fio; Resistor para montagem em superfície (SMR). Cada um dos tipos tem, de acordo com sua constituição, características que o tornaram mais adequadas a determinada aplicação. 4.1) O resistor de filme de carbono, também conhecido como resistor de película, apresenta formatos e tamanhos variados como mostra a ilustração a seguir. Esse tipo de resistor constitui-se por um corpo cilíndrico de cerâmica que serve de base à fabricação do componente. Sobre o corpo do componente é depositada uma fina camada de filme de carbono, que é um material resistivo. A potência varia de 1/16 W a 2W. Material resistivo carbono puro.

Aplicação: uso geral, circuito de vídeo e áudio.

244.2) Resistor de fio; constitui-se de um corpo de porcelana ou cerâmica, sobre este corpo enrola-se um fio especial, geralmente de níquel-cromo. O comprimento e seção desse fio determinam o valor do resistor, que tem capacidade para operar com valores altos de corrente elétrica. A potência varia de 2W a 200 W. Aplicação em circuitos de grande potência. 4.3) Resistor de filme metálico: tem o mesmo formato que os resistores de filme de carbono o que diferencia é o fato do material resistivo é uma película de níquel , que resulta em valores ôhmicos mais precisos. Aplicação em circuitos de precisão, computadores, circuitos lógicos. A potência varia em 1/16 W a 5 W. 4.4) Resistor SMR: resistor montado em superfície é constituído de um minúsculo corpo de cerâmica com alto grau de pureza no qual é depositada uma camada vítreo metalizada formada por uma liga de cromo-silício. Aplicação em circuitos eletrônicos, através de máquinas de inserção automática, por tamanho muito pequeno. Potência menores que 1/16 W a 5W.

5) Especificações elétricas dos resistores: a) Tipo de resistor: b) Resistência nominal; c) Percentual tolerância; d )Dissipação nominal de potência. 5.1 Tipo de resistor. Vai depender do tipo de material com que é feito o resistor. 5.2 Resistência nominal: A resistência nominal é o valor da resistência elétrica especificada pelo fabricante. Esse valor é expresso em ohms (Ω), em valores padronizados estabelecidos pela norma IEC63. Assim, pôr exemplo, pode-se ter resistores de 18Ω, 120Ω,4k7Ω, 1MΩ.

Dependendo do tipo de resistor e de sua aplicação, a faixa de valores comerciais pode variar. Portanto, os manuais de fabricantes devem ser consultados a fim de que sejam obtidas as informações mais específicas sobre os componentes. 5.3 Percentual de Tolerância: Em decorrência do processo de fabricação, os resistores estão sujeitos a imprecisões no seu valor nominal. O percentual de tolerância indica essa variação de valor que o resistor pode apresentar em relação ao valor padronizado de resistência nominal. A diferença no valor pode ser para mais ou para menos do valor nominal. Percentuais de Tolerância:

251.0 Para resistores de uso geral : ± 5%, e 10% de tolerância. 2.0 Para resistores de precisão: ± 1% e 2% de tolerância. 5.4 Dissipação nominal de potência: É a temperatura que o resistor atinge sem que sua resistência nominal varia no máximo 1,5%, à temperatura de 70ºC. O resistor pode sofrer danos se a potência dissipada for maior que seu valor nominal. 6)Leitura dos resistores de filme de carbono e metálico.

a) Leitura dos resistores de 04 anéis. Este resistor é usado em circuito em geral de vídeo e áudio. b) Leitura dos resistores de 05 anéis. Este resistor é usado em circuito de medição. c) Leitura dos resistores de 03 anéis. Este resistor é usado em circuito de grandes potências, tais como transmissores de rádio e tv.

OBSERVAÇÃO: Empregam-se os resistores de precisão apenas em circuitos em que os valores de resistência são críticos e em aparelhos de medição. A tabela abaixo informa que, um resistor de 220 Ω ±5%(valor nominal), pôr exemplo, pode apresentar qualquer valor real de resistência entre 232 Ω e 209 Ω.

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Nota: Devido à modernização do processo industrial, os resistores estão sendo produzidos pôr máquinas especiais que utilizam raios lazer para o ajuste final da resistência nominal. Pôr isso, dificilmente, são encontrados no mercado resistores para uso geral com percentual de tolerância maior do que ±5%. 7) Resistor Variável. Resistor variável é aquele que possui um valor de resistência mínimo até um valor máximo. Ex.: potenciômetro. Símbolo dos resistores variáveis.

7.1) Trim-Pot é usado para efetuar ajustes internos dentro dos aparelhos eletrônicos. 8) Efeito Joule. É o efeito que ocorre em um resistor, onde uma parte da energia elétrica é transformada em calor (energia térmica). Ex.: chuveiro elétrico, torneira elétrica. 9) Para evitar dúvidas. 1) 2,2Ω = 2R2 para não confundir com 22Ω. 2) 4,7KΩ = 4K7 para não confundir com 47Ω. 3) 6,8 KΩ = 6K8 para não confundir com 68Ω. 4) 2,7 KΩ = 2K7 para não confundir com 27Ω. 5) 0,22Ω = R22 para não confundir com 22Ω. 6) 2,2Ω = 2R2 outro modo de expressar .Tempo da máquina de escrever. 7) 100Ω = 100R outro modo de expressar . Tempo da máquina de escrever. 8) 220Ω = 220R outro modo de expressar . Tempo da máquina de escrever.

10) Macete sobre o anel dos resistores: Prefeitura municipal de Vassouras lava rua com balde.

27Policia militar viu lavar camisa branca ouro ou prata no sábado. 11) Resumo de resistores: Definição de Resistor. 1.0) Símbolo. 2.0) Classificação de Resistor ( fixo ou variável ). 3.0) Valor nominal do resistor. 4.0) Tolerância do Resistor. 5.0) Tipos de Resistor (Filme de carbono, Metálico, Fio, SMR). 6.0) Especificação do resistor. 7.0) Efeito Joule. 8.0) Para não haver dúvidas. 9.0) Tabela de Cores.

EXERCÍCIOS: SOBRE RESISTORES Qual o valor do resistor a ser lido de acordo com as cores em seu corpo? 1.0 1 º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa Vermelho Vermelho Vermelho Ouro 2 2 102 5%

Resultado: 22 X 102 = 2200 Ω ± 5% 2200 + 110 = 2310 Ω 2200 – 110 = 2090 Ω 2.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa Amarelo Violeta Preto Marrom 4 7 100 1% Resultado: 47 X 100 = 47 Ω ± 1% 47 + 0,47 = 47,47 Ω 47 – 0,47 = 46,53 Ω

3.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa Verde Vermelho Laranja Ouro 5 2 103 5% Resultado: 52 X 103 = 52000 Ω ± 5% 52000 + 2600 = 54600 Ω 52000 – 2600 = 49400 Ω 4.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa Azul Marron Vermelho Prata 6 1 102 10%

Resultado: 61 X 102 = 6100 Ω ± 10% 6100 + 610 = 6710 Ω 6100 – 610 = 5490 Ω

5.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa

28 Vermelho Amarelo Preto Vermelho 2 4 100 2% Resultado: 24 X 100 = 24 Ω ± 2% 24 + 0,48 = 24,48 Ω 24 – 0,48 = 23,52 Ω 6.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa Preto Amarelo Laranja Vermelho 0 4 103 2%

Resultado: 04 X 103 = 4000 Ω ± 2% 4000 + 80 = 4080 Ω 4000 – 80 = 3920 Ω 7.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa Branco Azul Preto ouro 9 6 100 5%

Resultado: 96 X 100 = 96 Ω ± 5%

8.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa Amarelo Verde Laranja prata 4 5 103 10%

Resultado: 45 X 103 = 45000 Ω ±10%

CASO ESPECIAL : Resistor com 03 Cores( Resistores antigos).

9.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa Vermelho Verde azul 2 5 106

Resultado: 25 X 106 = 25.000.000=25MΩ Ω ± 20 25MΩ + 5GΩ = 30M Ω 25MΩ – 5MΩ = 20MΩ 10.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa Laranja Preto Verde 3 0 105

Resultado: 30 X 105 = 3.000.000=3MΩ ± 20% 3MΩ + 600KΩ = 3,6MΩ 3MΩ – 600KΩ = 2,4MΩ

CASO ESPECIAL: Resistor com 05 Faixas( Resistores de Precisão). 11.0 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa 5º faixa Violeta Vermelho Cinza Preto Vermelho 7 2 8 100 2% Resultado: 728 X 100 = 728 Ω ± 2% 728 + 15 = 743 Ω 728 – 15 = 713 Ω

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12 1º faixa 2º faixa 3º faixa 4º faixa 5º faixa Azul Verde Preto Marrom Marrom 6 5 0 101 1% Resultado: 650 X 101 = 6500 Ω ± 1% 6500 + 65 = 6565 Ω 6500– 65 = 6435 Ω

CAP.12: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES OU RESISTÊNCIA EQUIVALENTE.

Definição: Resistência equivalente é o resistor que equivale a todos os resistores de uma associação seja ela série, paralela ou mista.

Quando existem vários resistores num circuito, é importante determinar a Resistência Equivalente do conjunto.

Para maior entendimento, a maioria dos problemas de cálculo da Resistência Equivalente são acompanhados de um desenho chamado “esquema”, onde os resistores são representados pôr uma das figuras abaixo.

Para se determinar à resistência equivalente de um conjunto de resistores, é necessário saber o modo como eles estão ligados entre si. Os resistores podem ser ligados em Série , Paralelo ou MISTO.

RESISTORES EM SÉRIE: Definição: Resistores estão ligados em série quando: a saída de um terminal for à entrada do outro, a corrente elétrica possuir apenas um caminho para circular. A resistência aumenta com o comprimento (L). Podemos ver que quando ligamos um conjunto em série, estamos somando os comprimentos dos resistores. Deduzimos, então, que a resistência equivalente (Re) do conjunto será a soma das resistências dos resistores (R). Re = R1 + R2 + R3 + ... RN. - A resistência equivalente em série, será sempre maior que qualquer resistor da associação em série. Na fig.1, representamos o esquema de um conjunto de resistores ligados em série.

R1 R2 R3 A 1 2 B Fig.1

30RESISTORES EM PARALELO:

Definição: Resistores estão ligados em paralelo quando: os seus terminais estiverem interligados e a corrente possuir mais de um caminho para circular. A resistência diminui, quando a seção (Smm2) aumenta. Podemos notar que, quando ligamos um conjunto em paralelo, estamos somando as seções dos resistores do conjunto.

Deduzimos então, que a resistência equivalente do conjunto em paralelo será sempre menor que a resistência do menor resistor do conjunto. Para determinarmos a resistência equivalente de um conjunto em paralelo, podemos usar as seguintes fórmulas abaixo: Na fig.2, representamos o esquema de um conjunto de resistores ligados em paralelo. A R1 R2 R3 Rn Fig.:2 B

1) Para qualquer número de resistores em paralelo no conjunto.

1 = 1 + 1 + 1 + ... 1 ou Re = 1 Re R1 R2 R3 RN 1 + 1 + 1 + ...1

R1 R2 R3 RN

2) Quando o conjunto for de dois resistores iguais ou diferente em paralelo . A Fig.:3 R1 R2 B

1 = 1 + 1 Re R1 R2 mmc= R1 R2

Re = R1 x R2 R1 + R2

3) Quando os resistores forem de valores iguais em paralelo. A R R R Rn Fig.:4 B 1 = 1 + 1 + 1 + ... 1 Re R1 R2 R3 RN

31R1 = R2 = R3 = RN = R substituindo na fórmula geral teremos: 1 = 1 + 1 + 1 + ... 1 Re R R R R Somando os numeradores teremos 1 = N Re R Re = R N R- resistência de um dos resistores. N - quantidade de resistores do conjunto.

ASSOCIAÇÃO RESISTORES: SÉRIE-PARALELA ou MISTO

Quando conjuntos em série e em paralelo estão interligados, são chamados Mistos ou em Série-Paralela. Para determinarmos a resistência equivalente do conjunto misto, calculamos primeiro a resistência equivalente dos resistores ligados em paralelo e depois somamos o resultado com os resistores ligados em série. Na fig.5 representamos um conjunto misto. R3

R1 R2 R4 A B Fig.5 R5

Para a fig.5, teríamos: Re = 1 + R1 + R2 1 + 1 + 1 R3 R4 R5

EXERCÍCIOS SOBRE: RESISTÊNCIA EQUIVALENTE. 1.0 Calcular a resistência equivalente nos circuitos série e circuito paralelo.

A 1 2 A A 10KΩ 5K Ω 12KΩ 10KΩ 3KΩ 66KΩ 66KΩ 66KΩ

2KΩ 5KΩ B 4 3 B B 2. Calcular a resistência equivalente no circuito misto.

12K Ω 15KΩ 2 2 33KΩ 47KΩ

A 1 4 B 23 3333 33KΩ 3 15KΩ

R2

R3

R4

R5

R1 R6

32 Calcular R12 = R2 // (R3+R5+R4)=25KΩ

Calcular R13 = R3 // (R2+R4+R5)= 63 KΩ//33 KΩ=21,66kΩ Calcular R14 = (R3+R5)// (R2+R4)= 63 KΩ//33 KΩ=24kΩ Calcular R24 = R4// (R2+R3+R5)= 33 KΩ//63 KΩ=21,66kΩ

Calcular R34 = R5// (R3+R2+R4)= 15 KΩ//81 KΩ=12,66kΩ Calcular RAB = R1+[(R2+R4)//(R3+R5)] +R6=83kΩ

s Respostas: 1) 25kΩ, 5,45kΩ, 22kΩ

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CAP.13: LEI DE OHM. Definição: A intensidade da corrente elétrica que circula em um circuito é diretamente proporcional à tensão e inversamente proporcional a resistência do circuito. Essa lei corresponde à seguinte equação; I= V (A) A= Ampère R Dessa equação podemos deduzir que: V= R x I (V) V= Volts R = V (Ω) R= Ohm I Para facilitarmos a interpretação dessas equações, podemos apresentá-las dentro de um triângulo (fig. 1) e proceder do seguinte modo: a) Cobrir a letra que representa a unidade desejada: b) Usar a equação que se apresenta.

V TRIÂNGULO MÁGICO R I Definição: A tensão elétrica no circuito é diretamente proporcional ao produto da: corrente que circula no circuito multiplicada pela resistência do circuito.

Montando-se um circuito com uma fonte de 9 v e um resistor de 100 ohms, notamos que o miliamperímetro indica uma corrente de 90 mA. As medidas encontradas foram: V= 9 V R = 100 Ω I = 90 mA ou 0,09 A

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Agora se substituirmos o resistor de 100 pelo de 200 , a resistência do circuito torna-se maior. O circuito impõe uma oposição maior à passagem da corrente e faz com que a corrente circulante seja menor. As medidas encontradas foram; V = 9V R = 200 Ω I = 45 mA À medida que aumenta o valor do resistor, aumenta também a oposição à passagem da corrente que decresce na mesma proporção. Substituindo o resistor de 200 pôr um de 400 OMHS, teremos os seguintes resultados: V = 9V R = 400 Ω I = 22,5 mA

Concluímos então que: - A tensão aplicada ao circuito é sempre a mesma; portanto, as variações da corrente são

provocadas pela mudança de resistência do circuito. Ou seja, quando a resistência do circuito aumenta, a corrente no circuito diminui.

- Dividindo-se o valor da tensão aplicada pela resistência do circuito, obtém-se o valor da

intensidade da corrente. A partir dessas experiências, conclui-se que o valor de corrente que circula em um circuito pode ser encontrado dividindo-se o valor de tensão aplicada pela sua resistência. Transformando esta afirmação em equação matemática, teremos a LEI DE OHM. A relação entre a tensão (V), e a intensidade de corrente (I) e a resistência elétrica (R) foi determinada pelo cientista alemão GEORGE SIMON OHM, ficando em sua homenagem, conhecida como LEI DE OHM, que pode ser enunciada da seguinte forma; I= V (A) A= Ampère R=Resistência I=Corrente R

41EXERCÍCIOS SOBRE: A LEI DE OHM.

1.0 Calcule a corrente elétrica que circula no circuito, quando a fonte geradora for de 120V e a

resistência for de 30 Ω. R: 4 A.

2.0 Calcule a resistência elétrica do circuito, quando a fonte geradora for de 220 V e a intensidade de

corrente for 11 A . R: 20 Ω

3.0 Calcule a tensão no circuito, quando a corrente for de 3,5 A e a resistência elétrica for 20 Ω. R: 70V

4.0 Uma lâmpada elétrica foi ligada em uma tensão de 120V, consome 1,0 A. Qual a resistência do

filamento da lâmpada? R: 120 Ω.

5.0 Calcule a DDP que dever ser aplicada nos terminais de um condutor de resistência igual a 100 Ω

para que ele seja percorrido pôr uma corrente de intensidade igual a 1,2A R:120V

6.0 Calcule a intensidade da corrente elétrica que passa pôr um fio de resistência igual a 20 Ω ao ser

submetida uma DDP de 5 V? R: 0,25 A

7.0 Qual a corrente que o amperímetro irá indicar, quando for ligado a um circuito de fonte geradora de 20V e uma resistência de 4 Ω. R: 5 A

8.0 Qual a resistência elétrica de um condutor que é percorrido pôr uma corrente de 0,5 A, quando

sujeita a uma tensão de 110 V. R: 220 Ω

9.0 Um elemento resistor de 300 Ω foi percorrido pôr uma corrente de 18 A . Qual a DDP que desloca estes elétrons em V e KV? R: 5,4 KV ou 5.400 V

10.0Qual a resistência elétrica de um chuveiro de 4.400 W que será ligado a uma fonte de tensão de 110 V cuja corrente é de 40 A .Obs.: 3.200W,30A,4mm2, 4.400w,40 A, 6mm2: 5.400w,50 A,10mm2. R: 2,75 Ω. 11.0Qual a resistência elétrica de um chuveiro de 4.400 W que será ligado a uma fonte de tensão de 220 V , cuja corrente é de 20 A . R: 11 Ω. 12.0 Calcular o valor da corrente total I no circuito. R 5 A .

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I A B C 10Ω 10Ω 25Ω

20Ω

100v 30Ω 15Ω

13.0 Calcular o valor da tensão V no circuito. Resp. 90V I= 2,25 A A V= ? 5Ω 5Ω 15Ω 50Ω 60Ω 20Ω 10Ω 15Ω 25Ω 14.0 Calcular o valor da corrente total I no circuito. R 2,25 A 30Ω

5Ω 3Ω I A B

20Ω

90 V 24Ω

2Ω 6Ω C D 24Ω

CAP.14: DIVISOR DE TENSÃO E DIVISOR DE CORRENTE.

Definição:

43Este método é usado para cálculo de corrente , tensão e resistências quando o circuito for muito complicado, para usar a Lei de OHM diretamente.

DIVISOR DE TENSÃO: Todo circuito contendo resistências em série, é um circuito DIVISOR DE TENSÃO, onde a corrente total do circuito é a mesma que passa em todas as resistências, e a tensão da fonte é dividida entre as resistências existentes. Por exemplo , seja o circuito abaixo, onde a soma das tensões existentes em cima de cada resistência será igual à soma da fonte . Ou seja Vcc= Vr1 + Vr2 + Vr3 +Vr4.

Para descobrir a tensão aplicada em cima de qualquer uma das resistências podemos utilizar a Lei de ohm onde, Vr1 = It x R1. Neste caso IT = Vcc / (R1 + R2 + R3 +R4). Substituindo IT = na lei de OHM chegamos na Fórmula do divisor de tensão para vários resistores. VR1 = Vc X R1 Onde R1 deve ser substituída pelo valor da resistência Rtotal cuja tensão se deseja descobrir. PARA 02 RESISTORES: VR1 = Vc X R1 E VR2 = Vc X R2

R1 + R2 R1 + R2

DIVISOR DE CORRENTE: Deve ser empregado quando o valor da fonte não for dado ou se houver uma divisão da corrente que irá requerer cálculos para encontrar o valor da corrente a maneira mais simples será, usando a fórmula do divisor de corrente, onde as resistências do circuito estarão ligadas em paralelo.

FUNCIONAMENTO:

R1 R2 V IT I1 I2 Para descobrir o valor de cada corrente aplicamos diretamente a Lei de Ohm I1 =Vcc / R1. No caso do valor da fonte não ser fornecido teremos que aplicar a fórmula do divisor de corrente. Suponhamos um circuito com duas resistências em paralelo R1 e R2. Neste caso Vcc =IT xRtotal, SENDO RTOTAL = (R1 X R2)/ R1 + R2), substituindo o valor de Vcc em I1=Vcc/ R1 teremos:

44 I1 = Vcc (1) Vcc = IT X Rtotal (2) RTOTAL = (R1 X R2) / (R1 + R2) (3) , R1 substituindo (2) e (3) em (1) teremos : I1 = Rtotal x IT I1 =(R1 x R2) x IT I1 =(R1 x R2) x 1 x IT I1 = R2 x IT R1 (R1 + R2) (R1 + R2) R1 (R1 + R2) R1 No caso de haver mais de duas resistências, em paralelo a fórmula será: It = soma das resistências onde não passa I1 na malha X IT soma das outras resistências da malha +R1 Essa soma no entanto, deverá levar em consideração resistências em paralelo. Portanto, apesar de usarmos a palavra soma, devemos efetuar o cálculo de resistências em paralelo, que é RTOTAL=(R1 x R2) / (R1 +R2). A fórmula com várias Para 02 resistências em paralelo resistências em paralelo será: I1 = i t x R2 E I2 = i t x R1 I 1 = IT x (R2 //R3 //R4) R1 + R2 R1 + R2 (R2 //R3 //R4) +R1

EXERCÍCIOS SOBRE : DIVISOR DE TENSÃO E CORRENTE.

1) Calcular o valor da tensão V1 e V2 no circuito. Idem para V=60 R1= 30Ω R2= 20Ω

V1 R1 =20 Ω 30 V V2 R2= 40Ω V1 = V X R1 = 3 0VX20Ω = 10 V V2 = V X R2 = 3 0VX 40Ω = 20 V R1 + R2 (40Ω + 20Ω) R1 + R2 (40Ω + 20Ω) 2) Calcular o valor da tensão V1 e V2 no circuito.

V1 R1 =30 Ω 90 V V2 R2= 60Ω V1 = V X R1 = 90V X 3 0Ω = 30 V V2 = V X R2 = 90VX 60Ω = 60 V R1 + R2 (60Ω + 30Ω) R1 + R2 (30Ω + 60Ω)

45 3) Calcular o valor de Vr1, Vr2 , Vr3, Vr4 no circuito usando divisor de tensão no circuito onde: Vcc= 60 V , R1 = 5 Ω R2=10Ω R3= 20 Ω R4 = 15 Ω

VR1 = Vcc x R1 = 5 x 60 = 300 = 6V VR2= Vcc x R2= 10 x 60 = 600 = 12V Rtotal (5+10 + 20 +15) 50 Rtotal (5+10 + 20 +15) 50 VR3 = Vcc x R3 = 20 x 60 = 1200 = 24V VR4= Vcc x R4 = 15 x 60 = 300=18V Rtotal (5+10 + 20 +1 ) 50 Rtotal ( 5+10 + 20 +15) 50 4) Calcular a corrente I1 E I2 no circuito, sendo it igual a 9 A. Idem I=60A R1= 50Ω R2= 30Ω I= 9 A A

R1 =10 Ω R2= 20 Ω V I1 I2 B I1 = i t x R2 = 20Ω x 9 A = 180 A = 6 A I2 = i t x R1 = 10Ω x 9 A = 90 A = 3 A R1 + R2 (10Ω + 20Ω) 30 R1 + R2 (10Ω + 20Ω) 30 5) Calcular o valor da corrente I1 E I2 no circuito, sendo it igual a 6 A. . A

R1 =40 Ω R2= 60 Ω V I1 I2 B I1 = i t x R2 = 60Ω x 6 A =360 A= 3,6 A I2 = i t x R1 = 40Ω x 6 A = 240 A = 2,4 A R1 + R2 (40Ω + 60Ω) 100 R1 + R2 (40Ω + 60Ω) 100 6) Calcular o valor da corrente I1 E I2 E I3 no circuito, sendo it igual a 12 A. A B I= 12 A

R1 =30 Ω R2= 60 Ω R3= 20 Ω

V I1 I2 I3 C D I1 = I x (R2// R3 ) =1 5Ω x 12A = 180 = 4A I2 = I x (R1// R3 ) = 12Ω x 12 A = 144 A = 2 A R1+(R2// R3 ) 30+15 45 R2+(R1// R3 60X60 72 I3 = I x (R1// R2 ) =20Ω x 12A = 240 = 6A R3+(R1// R2) 20+20 40

46I=I1+I2=I3 12=4A+2A+6A

CAP.15: CIRCUITO SÉRIE. Definição: Circuito série é aquele cujos componentes estão ligados de tal modo, que permite um só caminho à passagem de corrente elétrica. Na fig.1, vemos conjunto de três resistores formando um circuito série. I=2 A I1 I2 I3

R1=? R 2=? R3=? V1=6V V2=4V V3=10V

A tensão total de um circuito série é igual à soma das tensões dos seus componentes.

V =V1 + V2 + V3 ... VN

Devemos considerar que, havendo um só caminho para a passagem da corrente, todos os elementos são atravessados pela mesma intensidade de corrente.

I = I1 = I2 = I3...In

Em virtude da composição do circuito série, é importante notar-se que: A – No circuito série os receptores funcionam simultaneamente; B – A falta ou interrupção de um receptor não permite o funcionamento dos demais; C – A corrente de funcionamento dos receptores devem ser iguais; D – O valor da tensão de funcionamento dos receptores podem ser diferentes.

CAP.16: CIRCUITO PARALELO. Definição: Circuito paralelo é aquele em que os receptores estão ligados diretamente aos condutores da fonte. Dessa maneira o circuito paralelo permite vários caminhos para a passagem da corrente, sendo cada receptor um caminho independente para a passagem da corrente elétrica. Na fig.2, vemos um exemplo de circuito paralelo formado com três resistores.

47

I =10A 10A

VCC R1 =? I1=2A R2=? I2=5A R3=? I3= 3A V1 V2 V3

30V

A intensidade total de corrente no circuito paralelo é a soma das intensidade de corrente dos receptores.

I = I1 + I2 + I3 + ... IN

A tensão elétrica é igual nos bornes de todos receptores no circuito paralelo.

V = V1 = V2 = V3 Em virtude da composição do circuito paralelo, é importante notar-se que :

A- As tensões dos receptores devem ser iguais; B- As intensidades de corrente dos receptores podem ser diferentes; B- Cada receptor pode funcionar independentemente dos demais; EXERCÍCIOS CIRCUITO: SÉRIE, PARALELO, MISTO. 1.0 Definir o que vem a ser circuito elétrico série? R: É aquele que oferece somente um caminho a passagem da corrente elétrica.

2.0 Como podem ser a tensão nos receptores do circuito em série? R: Podem ser diferentes.

3.0 Como podem ser a tensão nos receptores do circuito em paralelo? R: Podem ter valores iguais. 4.0 Definir o que vem a ser circuito elétrico paralelo? R: É aquele que oferece mais de um caminho para passagem da corrente elétrica. 5.0 Como é a intensidade total da corrente no circuito paralelo? R: É igual a soma das correntes nos receptores.

6.0 O que ocorrerá na falta ou interrupção de um receptor no circuito em série ? R: O circuito não funcionará, porque não teremos corrente circulando.

487.0 O que ocorrerá na falta ou interrupção de um receptor no circuito em paralelo? R O circuito continuará funcionando, porque a corrente percorrerá outro caminho que não esteja interrompido. 8.0 No circuito abaixo, calcular o valor de R1, R2, R3, sendo a corrente total de 3 A. 3A

21V 3V 6V 12V R1 R2 R3 V=RI R1=V = 3 V =1, 0 Ω R2 = 6V = 2 Ω R3= 12 V= 4 Ω I 3 A 3 A 3 A 9.0 No circuito abaixo, calcular o valor da corrente total.

A B C

16V 24Ω 24Ω 24Ω

V = RI I = Vt Re = 24Ω = 8Ω It = 16 V = 2 A Re 3 8 Ω 10.0 No circuito abaixo, calcular o valor da corrente total.

A

4Ω 18V 10Ω 30Ω

Re = 4 + 10 x 30 = 4 + 300 = 4 + 7,5 = 11, 5 Ω 10 + 30 40 It = Vt = 18 V = 1,56 A Rt 11,5 11- Dado o circuito, calcule as tensões Vab, Vbc, VCD, VDE, sendo dado a tensão aplicada de 20 VCC,

SENDO :R1=12KΩ , R1=20KΩ , R3=30K I I1 I2 I3

A B C D VAB = R1I = 12 X 0,322 = 3,864 R1 R2 R3 I = VCC = 20 V = 20V=312m A

RT 12K+20K+30K 64 VCC=20V V1=6V V2=4V V3=10V VBC=20X0,312=6,44V

VCD=30X0,312=9,66V E VDE=20-(3,86+6,44+9,66)=20-19,964=0,036V

4912- Dado o circuito, calcule as tensões Vab, e as correntes I1, I2,I3,I4,IT. IT A VCC=30v

R1=10KΩ I1 R2=30KΩ I2 R3=45KΩ I3 R4=75KΩ I4

B A) VAB=VCC=30V I1= VCC =30V = 3m A I2= VCC =30V = 1m A I3= VCC =30V = 0,66m A I4= VCC = 30V R1 10KΩ R2 30KΩ R3 45KΩ R4 75KΩ I4 = 0,4 mA B)IT = I1+I2+I3+I4 = 3m A +1m A +0,66m A +0,4m A = 5,06 m A C)Troque o R3 de 45kΩ por 2kΩ. I3 = VCC = 30 V = 15 m A R3 2KΩ D)Troque o R3 de 45kΩ por 1MΩ. I3 = VCC = 30 V = 30 μ A R3 1MΩ

13 Dado o circuito, calcule as tensões Vab, Vbc, Vcd, Vad, e as correntes IR5, IR6, IR7 , IR8 ,IR9. 10KΩ A B R6=30KΩ C R5 12 V D R7=30KΩ R8=70KΩ R9=70KΩ

F

1º Passo: RE= 10KΩ+30 KΩ / 2 + 70 KΩ / 2 = 10KΩ+15KΩ+35Ω= 60KΩ 2º Passo: IT = VCC / RE = 12V / 60KΩ = 0,2 m A 3º Passo: VAB=R5XIT= 10KΩX0,2 m A = 2V VBC=0,2 m A/ 2 x 30kΩ = 3V VCD=0,2 m A/ 2 x 70kΩ = 7V IR5 =IT = 0,2 m A IR6 = 0,2 m A /2 = 0,1 m A IR8 = 0,2 m A /2 = 0,1 m A IR7 = 0,2 m A/2 = 0,1 m A IR9 = 0,2 m A /2 = 0,1 m A

5014 – Calcular as correntes IT, I1, I2 ,I3, I4, no circuito, usando a Lei de Ohm, sendo dado VCC= 30 V, R1=5KΩ, R2=10KΩ , R 3 =15KΩ, R4=30KΩ. Resp. 3mA, 2mA, 1mA, 12mA

IT A B C

30VCC I1 I2 I3 I4

R1 R2 R 3 R4

15 – Calcular as correntes IT, I1, I2 , usando a Lei de Ohm, sendo VCC= 60 V, R1=10KΩ, R2=20KΩ , R 3 =5KΩ, R4=15KΩ. Resp. 5mA , 2mA, 3m A

I1 I2

60VCC R1=10KΩ R3=5KΩ

R2= 20KΩ R4= 15KΩ

16 – Calcular a corrente total IT, do circuito. Resp. 1mA

5KΩ 3KΩ

7,5KΩ 7,5KΩ 10KΩ 15KΩ 25VCC

12,5 kΩ 6kΩ 17 Calcular a corrente e a resistência total do circuito. Resp. 5Ω, 10 A A 6Ω B 8Ω 12Ω 12Ω 10Ω 50V 1Ω 2Ω 2Ω C D

51

CAP.17: POTÊNCIA ELÉTRICA Definição: Potência Elétrica é a energia elétrica consumida ou produzida na unidade de tempo. Também podemos definir potência como sendo o trabalho para deslocar uma carga de um ponto até outro ponto qualquer. Vale lembrar que só teremos potência se houver trabalho. A potência elétrica tem como unidade o Watt, que é representado pela letra W. Watt: é a rapidez com que se faz trabalho em um circuito que flui uma corrente de 1 ampère, quando a tensão for de 1 volt. O Watt, também é conhecido como Joule/Segundos. A potência elétrica é calculada pela seguinte equação:

P = V. I [W] (I) P = Potência [W] V = Tensão [V] I = Corrente [A] Pôr dedução temos que: V = R. I Substituindo em ( I ) temos: P = RI . I = RI2 [W] Temos também que: I = V R Substituindo em ( I ) novamente: P = V . V = V2 [W] R R

Para potências grandes, usam-se os seguintes múltiplos do Watt: QUILOWATT(KW) =1.000 W , MEGAWATT(MW) =1.000.000W e GIGAWATT(GW)=1.000.000.000W. CV= CAVALO A VAPOR HP= HORSE POWER BTU= BRITISH THERMAL UNIT 1CV= 736W 1HP= 746W 1KW=1.000W 1BTU= 0,293W Para potências pequenas, usam-se os seguintes submúltiplos: MILIWATT (mW) = 0,001W MICROWATT (μW) = 0,000 001W Aplicação: Por exemplo para especificar a potência de uma lâmpada, aparelho de som, ferro de solda, torneira elétrica, chuveiro elétrico, torradeira, TV, forno de microondas. O instrumento empregados nas medidas de potência elétrica é o Wattímetro, que mede ao mesmo tempo a tensão e a corrente, indicando o produto desses dois fatores. Pôr esse motivo, o wattímetro deve ser simultaneamente, ligado em paralelo (bobina de tensão) e em série (bobina de corrente).

EXERCÍCIO SOBRE : POTÊNCIA

1.0 A corrente através de um motor corrente contínua de tensão 220V a ser usado num circuito é de 15A. Calcule a potência do motor em HP. R: 4,42 HP ou 3.300W .

2.0 Qual a potência liberada pôr um gerador de 240 V e de 20 A a ser liberada a um circuito de uma instalação em CV ? R: 6,5 CV ou 4.800 W .

523.0 Que tensão deve ser aplicada a um aquecedor de 600 W, para que solicite uma corrente de

12 A ? R: 50V . 4.0 Um gerador de corrente contínua apresenta os seguintes dados: 150 KW e 275 V.Qual a sua

corrente nominal ? R: 545,45 A .

5.0 Qual é a corrente na antena quando um transmissor esta entregado a mesma uma potência 1000 W ?A resistência da antena é de 20 Ω. R: 7,07 A

6.0 Qual a corrente máxima que pode passar pôr um resistir que apresenta as seguintes

características: 5000 Ω, 200 W. R: 0,2 A 7.0 Calcule a corrente exigida pôr uma lâmpada incandescente de 60 W ligada em uma tensão de

120 V. R: 0,5 A . 8.0 Calcule a potência elétrica dissipada pôr uma lâmpada de filamento de 240 Ω. Ao ser submetida a uma DDP de 120 V . R: 60 W

9.0 Uma campainha residencial tem uma resistência de 8 Ω e precisa de uma corrente de 1,5 A para

funcionar .Determinar a tensão e a potência necessária para que a campainha toque?R: 12 V e 18 W.

10.0 Um ferro elétrico consome uma potência de 500 W , quando submetido a uma tensão de 100

V.Calcule a resistência elétrica. R: 20 Ω. 11.0 Um aparelho elétrico solicita 5 A de 100 V . Calcular sua resistência, e a sua potência do

aparelho em W e kw. R: 500 W e 0,5kw e 20 Ω. 12.0 Uma lâmpada de 220V, 60W é ligada em uma tensão de110V.Qual a potência dessa lâmpada

em 110V. Resp 15W. 13.0 Uma lâmpada de 220V, 100W é ligada em uma tensão de110V. Qual a potência dessa lâmpada

em 110V. Resp 25W. 14.0 Calcular a Re , Vt, Pt, sendo fornecido a corrente total de 8 A no circuito. Resp. Re = 10 Ω , Vt=

80 v, Pt=640 W.

8A 4Ω 3Ω A B VCC=? 10Ω 30Ω 20Ω

5315.0 Calcular a Re , Vt, Pt, sendo fornecido a corrente total de 2 A no circuito. Resp. Re = 10,5Ω

, Vt= 21 v, Pt=42 W. I 2A 10Ω A VCC=? 15Ω 15Ω 10Ω B 16.0 Calcular a Re , It, Pt, sendo fornecido a tensão total de 30V no circuito. Resp. Re = 10,0 Ω , It= 3 A, Pt=90,0 W.

12Ω 7Ω 3Ω A B C 10Ω D 6Ω 6Ω V=30v

17. Calcular a Re , t, Pt, sendo fornecido a corrente total de 5 A no circuito.Resp. Re = 8,85 Ω , Vt= 44,25v, Pt=221,25 W.

4Ω D 5Ω 15 Ω 15Ω 15 Ω C A 15 Ω B 5 A V=? 18. 0 Calcular a Re , It, Pt, sendo fornecido a tensão total de 15 V no circuito. Resp. Re = 6 Ω , It= 2,5 A, Pt=37,5 W.

5412 Ω

6Ω B C 6Ω A D 30Ω 5Ω E F 15Ω 15 V 19.0 Calcular a Re , It, Pt, sendo fornecido a tensão total de 60 V no circuito. Resp. Re = 25,29 Ω , It= 2,37 A, Pt=142,20 W.

10Ω 4Ω 2Ω

2Ω 5Ω A 2Ω 3Ω B 15Ω 13Ω 2Ω 7Ω 12Ω 7Ω 6Ω 60 V

CAP.18: PILHAS E BATERIA

Definição: Bateria é a denominação dada a um conjunto de pilhas, ligados entre si, destinado a fornecer uma força eletromotriz maior ou uma maior quantidade de energia do que uma só pilha não forneceria. Simbologia:

55Definição de Pilha: A pilha é formada basicamente por dois metais diferentes (eletrodos), que são imersos em algum tipo de substância química condutora (eletrólito), capaz de conduzir uma corrente elétrica. Ligam-se as pilhas de dois modos, formando baterias em série ou paralelo. Funcionamento da Pilha:

Uma pilha funciona justamente fazendo com que um de seus pólos o negativo possua um excesso de elétrons, enquanto que o outro pólo o positivo possua falta de elétrons. Dessa forma em um circuito eletrônico, a pilha funciona como uma bomba, empurrando elétrons de um lado ( de seu pólo negativo) e puxando para outro lado ( o seu pólo positivo), passando antes pelo circuito que se deseja alimentar. Quando uma pilha está alimentando um circuito, há um caminho para circulação da corrente entre o pólo positivo e o negativo, criando um fluxo de elétrons que é a corrente elétrica. Se o caminho for interrompido não há caminho entre o pólo positivo e o negativo e com isso, não há corrente elétrica. TIPO DE PILHAS: Existem pilhas e baterias com varias tensões como; 1,5V, 3V, 6V, 9V, 12V. O tamanho da pilha diz o quanto de corrente elétrica a pilha pode fornecer, ou seja o tempo que a pilha dura, outro fator diz respeito ao tamanho da pilha. As pilhas de acordo com o seu tamanho pode receber a designação de AA, AAA, C, D. Pilha AAA(palito), AA(pilha pequena), C (pilha média), D(pilha grande).

56MATERIAL DAS PILHAS: Material da pilha como pilhas em alcalina, dura mais que as pilhas em carvão-zinco (pilhas mais comuns) ou pilha seca. Obs: Pilha em Geladeira: O carvão quando em baixa temperatura diminui a sua resistência isso possibilita uma nova circulação de correntes nas pilhas. Quando a pilha se aquece essa resistência aumenta, terminando essa circulação de corrente e a pilha se descarrega novamente. As pilhas comuns não são recarregáveis, o quer dizer que uma vez esgotadas devem ser jogado fora, em local adequado para não contaminarem o meio ambiente. No entanto existem pilhas que são recarregadas são as pilhas de nicard (níquel-cádmio). Essas pilhas podem ser carregadas fazendo-se circular uma corrente através delas, utilizando para tal um carregador.

Especificação: Tipo de pilha. Tensão da pilha. Tamanho da pilha, autonomia da pilha em : Ah Ligação em série – na prática, geralmente necessitamos de tensões maiores do que a fornecida pôr uma única pilha. Nesse caso, ligamos várias pilhas em série, conforme ilustra a figura . Obs: Na ligação de pilhas em série a tensão da bateria é igual à soma das tensões das pilhas que formam o conjunto, porém, a corrente máxima que se pode obter é à corrente máxima que pode ser fornecida pôr uma única pilha. Em outras palavras: na ligação de pilhas em série as tensões se somam e as correntes não se somam. A V1 V2 V3 B Ligação em paralelo – desejando-se utilizar uma tensão igual à tensão dada pôr uma única pilha e uma corrente It superior à corrente de uma única pilha, as mesmas deverão estar em paralelo, conforme ilustra a figura 14. Na ligação de pilhas em paralelo as correntes se somam e as tensões não se somam.

57

Resistência Interna de uma Bateria: é a resistência entre os eletrodos ( materiais diferentes um positivo e o outro negativo, como por exemplo zinco, carbono, ligados pelo eletrólito ) material que faz a condução entre os eletrodos, como por exemplo uma solução de

dióxido de manganês. Vb= Ri.IL + VL Vb= tensão na bateria Ri= resistência interna IL= corrente na carga VL= Tensão na carga

EXERCÍCIO SOBRE: PILHAS E BATERIAS 1.0 -O que é Bateria R: É um conjunto de pilhas ou acumuladores, ligados entre si, destinados a fornecer maior quantidade de energia do que uma só pilha forneceria.

2.0- Quais os modos que se ligam as Baterias? R: Série ou Paralelo

3.0 Qual o objetivo em ligar as pilhas em série? R: Para se obter uma tensão maior, do que se obteria com uma só pilha.

4.0 Como se obtém a corrente total de várias pilhas ligadas em série? R: É o valor da corrente fornecido pôr uma das pilhas.

5.0 Como se obtém a tensão total de várias pilhas ligadas em série?

58 R: É a soma das tensões de cada pilha.

6.0 Qual o objetivo em ligar as pilhas em paralelo? R: Quando se desejar obter o valor da tensão igual de uma pilha e uma corrente total maior que o valor da pilha.

7.0 Calcular o valor da tensão e da corrente no circuito série das pilhas.

8.0 Calcular o valor da tensão e da corrente no circuito paralelo das pilhas.

9.0 Calcular a corrente que passa nos pontos AB, BC, CD. Calcular a tensão entre os pontos AD. 1,5V 1,5V 1,5V 4,5V

EAD=1,5X3= 4,5 v A B C D A D RT= 1K ou 1.000Ω

I= ET= 4,5V = 4,5 m A 1kΩ 1kΩ 1kΩ

IAB =IBC= ICD =4,5 mA

10- Dado o circuito, calcular as tensões, V1,V2,V3 e as correntes IR1 , IR2, IR3. A B C V1=V2= V3=1,5V

IR1= V1 = 1,5V=1,5A R1 1Ω

R1=1Ω R2=1Ω R3=1Ω IR2= V1 = 1,5V=1,5A R1 1Ω

IR3= V1 = 1,5V=1,5A V1=1,5V V2=1,5 V3=1,5V R1 1Ω

591 11.0 Dado o conjunto de pilhas ligadas da forma abaixo, a tensão entre os pontos A e B será.

A 20V

10V 20V 5V 10V 10V

10V 5V 30V 5V 5V

20V 5V 5V

B

A A

40V 40V 40V 40V 40V

B B

12.0 Uma bateria tem 12V de saída num circuito aberto. Com uma corrente de carga de 1 A, essa tensão cai para 11,5 V. Calcule a resistência interna.

Rb= Ri.IL + VL 12 = Ri.1 A + 11,5 V 12 – 11,5 = 1 Ri Ri = 0,5 Ω

13.0 Uma bateria de chumbo-ácido tem uma especificação de 200 Ah. Com uma descarga de 8h,

que corrente média esta bateria pode fornecer. capacidade = ampères x hora Ah = ampères x 8h ampères = 200 Ah = 25 A

8h CAP.19: LEI DE KIRCHHOFF PARA TENSÃO.

( Cientista alemão que definiu a lei da tensão acima.)

Definição:

A tensão aplicada a um circuito fechado é igual à soma das quedas de tensão nesse circuito.

Tensão aplicada = soma das quedas de tensão.

60Va = V1 +V2 +V3 + . . .

Onde: Va = Tensão aplicada. _V1, V2, V3, são as quedas de tensão. _Os índices alfabéticos indicam as fontes de tensão.

_ Os índices numéricos indicam as quedas de tensão. _ Adotar um sentido para a corrente partindo do terminal negativo da fonte, no sentido positivo da fonte, percorrendo todo o circuito. __ Adotando a regra;

Partindo com a corrente no sentido (+) para fonte de tensão, (-) para queda de tensão.

Observação. Após polarizar o circuito, adotar o sinal de saída em cada elemento (+ ou -) nas quedas de tensão.

EXERCÍCIOS SOBRE: LEI DE KIRCHHOFF PARA TENSÃO. 1.0 Determine a tensão V1 no circuito usando LKT . B V1= ? V2= 25V C Circuito de malha fechada BCDA

R1 R2 VA=100V R3 V3=5V

R4 V4=40V A D A tensão aplicada a um circuito fechado é igual a soma das quedas de tensão:

Va = V1+V2+V3+V4 100V=V1+25V+5V+40V 100V=V1+70V 100V- V1-70 =0 - V1=-30V V1=30V

Σv=0

Va-V1-V2-V3-V4=0 100-V1-25- 5- 40=0 100-70-V1=0 V1= 30V 2.0 Determine a tensão Vb no circuito abaixo .

61 V1=3V

B + - C + Σv = 0

+ I V2=6V - VA-V1-V2-VB-V3=0 VA=15V VB=? + VA-V1-V2-V3=VB _ V3=2V _ 15V- 3V- 6V-2V=VB A - + D 15V-11V=VB Circuito de malha fechada ABCDA. VB=4V 3.0 Determine a tensão desconhecida V2 no circuito abaixo . I V1=2V Malha fechada: abcda

B + - C + Σv = 0

+ V2=? - VA-V1-V2+V3-V4-V5=0 20V - V3=1v - 20v-2v –V2+1v-6v-1v=0 + V5=1v V4=6V + 20v-2v+1v-6v-1v=V2 A - + D 20v-8v=V2 V2=12v

CAP.20: LEI DE KIRCHHOFF PARA CORRENTE. ( Cientista alemão que definiu a lei da corrente acima.)

Definição: A soma de todas as correntes que entram numa junção é igual a soma das correntes que saem da junção.

No desenho acima; I1 + I6 + I4 + I3 = I5 + I2 Vale lembrar quê:

62Considere as correntes que entram no nó ( + ), as que saem do nó negativa ( - ). A soma algébrica de todas as correntes que se encontram em nó é igual a ZERO. I1 - I2 + I3 +I4 -I5 +I6 = 0

Exercício sobre: Lei de Kirchhoff para Corrente.

1.0 Escrever a equação para a corrente I1 na figura abaixo.

A soma das correntes que entram em um nó é igual as correntes que saem do nó. I1 = 12 + I3

2.0 Escrever a equação para a corrente I1 na figura abaixo. A soma das correntes que entram em um nó é igual as correntes saem do nó.

I1 = I2 + I3 +I4 3.0 Calcule a corrente desconhecida na figura. I1+ I3 = I2

I1 +3 A = 7 A I1 = 7 A - 3 A I1 = 4 A 4.0 Calcule a corrente desconhecida na figura.

63

I1 +I3= I2+I4 I3=I2+I4-I1 I3=3 A + 4 A – 2 A I3= 5 A 5.0 Calcule as quantidades desconhecidas na figura: I = 20 A A I1 =? B I4=? I2 I3 R1 2 A R2 10 A R3 Calculo das correntes no nó A: Cálculo das no nó B; I1+2 A = 20 A 10 A + I4 = I1 I1 = 20 A – 2 A 10 A + I4 = 18 A I1 = 18 A I4=18 A - 10 A I4=8 A 6.0 Calcule I2 e I4, usando a LEI DE KIRCHOFF DAS CORRENTES. It A I2 B I4 Aplicando Σi =0 no nó A; I2+ I1= It 60 A I2 = It- I1 I1=15 A I3=10 A I2=60-15 I2=45A I4 + I3 = I2 I4 = I2 - I2 I4=45 – 10 = I4 = 35A 7.0 Calcule o valor das correntes desconhecidas I1, I4, I6, I7 , USANDO A LKC no circuito. R3 B R6 R1 I3= 3 A I6=? R7 I4=? A R4 D I7 =? I1=? R2 R5 I2=7 A C I5=5 A

64Começamos calculando as correntes desconhecidas em todas as junções, onde há apenas uma corrente desconhecida. ADOTANDO QUE AS CORRENTES QUE CHEGAM NO NÓ É POSITIVAS EAS QUE SAEM DO NÓ É NEGATIVAS E QUE A SOMA DELAS É IGUAL A ZERO. R1 I1+I2 +I3=0 A) A R3 I3=3 A I1= ? I1 - I3 – I2=0

I1= I3 + I2 R2 I2=7 A

I1 = 3 A + 7 A I1 = 10 A

B) R4 I2+I5 +I4 = O I4=? I2 –I5 – I4 = R2 C R5 I2- I5 = I4 7- 5 = I4 I4 = 2 A I2= 7 A I5= 5 A c) I3+I4 –I6 = O I3 +I4 = I6 R3 B R6 3 A + 2 A = I6 5 A = I6 I6 = 5 A I3= 3 A I6=? R4 I4 R6 R7 I6+I5 -I7=0 D) I6=5 A D I7=? 5 A+ 5 A= I7

I7= 10 A R5 I5=5 A

8.0 Calcule as correntes desconhecidas usando a LKC. A I2=? B I3 =? Aplicando Σi =0 no nó A; IT R1 R2 R3 I2+ I1= IT I2= IT- I1 40 A I2 =40 A – 15 A I1=15A I4= 10 A I1=15 A – I4=10 A I2 = 25 A I4+ I3 = I2 I3= I2 - I4 I3 =25 A – 10 A I3=15A

65

CAP.21: LEI DOS NÓS. Definição: É um método para calcular as correntes no circuito, quando ele tiver mais de uma malha no circuito. Procedimento: 1 Um nó é uma conexão comum a dois ou mais componentes. 2 Um nó principal possui 03 conexões ou mais. 3 A cada nó se associa uma letra ou um número. 4 Uma tensão de nó é a tensão de um dado nó com relação a um determinado nó chamado de nó de referência. 5 Escolha o nó G ligado ao terra do chassi como o nó de referência. 6 Escreve-se as equações dos nós para as correntes de modo a satisfazer a lei de Kirchhoff para a corrente A I1 N I2 B R1 I3 R2 VB=10V VA=58V R3

G C

EXEMPLO1: 1º Passo: Adote um sentido para as correntes. Identifique os nós A, B.C,N,G. Identifique a polaridade da tensão através de cada resistor de acordo com o sentido considerado para a corrente. 2º Passo: Aplique a LKC ao nó principal e resolva as equações para obter Vn. I1 + I2 = I3 ( I ) Aplicando a LEI DE OHM. (I I ) I1 = Va-Vn I2= Vb – Vn I3= Vn R1 R2 R3 Substituindo as expressões acima em ( I ) teremos: Va –Vn + Vb - _Vn = Vn R1 R2 R3 58 – Vn + 10 – Vn = Vn calculando o MMC entre 4,3,2, teremos 12. 4 2 3

663x58 – 3xVn + 6x10 – Vnx6 = 4 Vn 174 – 3 Vn + 60 – 6Vn = 4 Vn -3 Vn – 4Vn – 6 Vn = - 60 – 174 -13Vn = - 234 x-1 Vn= 234 = 18 V 13 Substituindo o valor de Vn em II teremos: I1=Va – Vn = 58 – 18 = 40 = 10 A R1 4 4 I2= Vb –Vn = 10 – 18 = -8 = - 4A R3 2 2 I3 = Vn = 18 = 6 A Prova: I1 + I2 - I3 =0 R2 3 I1 + I2 = I3 +10 – 4 = 6 + 6 = +6

Calcular as correntes I1, I2, I3 VR1, VR2, VR3,VR4,VR5 no circuito, usando as tensões dos nós. A

I1 R1=6k7 I3 R2= 5K5 I2

15v

1K 1,5v R3

R4=4k7 R5=1kΩ I4 I5 B Usando a lei de Kirchhoff para corrente. ( 1) I1 + I2 = I3 Usando a lei de Ohm. ( 2 ) I1=1,5-Vn = 1,5 – Vn I3= Vn I2 = 15-Vn = 15 –Vn 6,7- 4,7 11,4 1 1+5,5 6,5 Substituindo 2 em 1 teremos: 1,5 – Vn + 15-Vn = Vn 11,4 6, 5 1 6,5(1,5-Vn) + 11,4(15-Vn) = 11,4 x 6,5 (Vn) 9,75 –6,5Vn + 171 – 11,4 Vn = 74,1 Vn _6,5 Vn – 11,4Vn – 74,1, Vn = - 180,75 _92Vn =-180,75 x-(1) Vn = 180,75 = 1,96V 92

67I1= 1,5 –1,96 = _ 0,04 m A 11,4K I3= 1,96 = 1,96 m A 1K I2 = 15- 1,96 = 2,01 m A 6,5K VR1= - 0,04 m A X 6,7 = - 0,268 V VR4= - 0,04 m A X 4,7 = - 0,188 V VR3= 1,96 m A X 1K= 1,96 V VR2= 2,01 m A X 5,5 = 11,06 V VR5= 2,01 m A X 1K = 2,01 V

CAP.22: LEI DAS MALHAS Definição: É um método para calcular as correntes no circuito, quando ele tiver mais de uma malha no circuito. Malha: é qualquer percurso fechado de um circuito que contenha ou não fonte de tensão. Procedimento: 4. Escolher os percursos que formarão as malhas. 5. Cada malha com sua respectiva corrente. 6. As correntes de malha são indicadas no sentido horário. 7. A seguir aplica-se a Lei de Kirchhoff para tensão ao longo de cada malha. 5 As equações resultantes nos darão as correntes de cada malha

Percurso fechado: abcda malha 1 Percurso fechado: adefa malha 2 Obs; corrente no sentido horário. 1º Passo: Indicar a polaridade da tensão através de cada resistor de acordo com o sentido adotado para a corrente. “O fluxo convencional de corrente num resistor produz uma polaridade positiva onde a corrente entra.” 2 º Passo: Aplique a Lei de Kirchhoff para a tensão (somatória de todas tensões são zero) ao longo de cada malha no sentido da corrente de malha.

68Quando houver 02 correntes diferentes (I1, I2) fluindo em sentidos opostos através do mesmo resistor (R2) que é comum a ambas as malhas, devem aparecer 02 conjuntos de polaridade para este resistor (R2) Malha abcda: 1 Va – I1R1 – I1R2 + I2R2 =0 Va – I1 (R1 + R2) + R2I2 =0 Va = I1 (R1 + R2) – R2I2 Malha adefa: 2 -I2R2 – I2R3 –Vb +I1R2 =0 -I2 (R2 + R3) – Vb +I1R2 =0 -Vb = I2 (R2+R3) – I2R2 3 º Passo: Cálculo de I1 e I2 resolvendo o sistema abaixo: Va = I1 (R1 + R2) – I2R2 Vb = -I2 (R2 + R3) + I1R2

A I1 N I2 B

+ R1=4Ω - I3 _ R2=2Ω + VB=10V

VA=58V + R3=3Ω +

- -

G Exemplo 1: Calcule o valor das correntes I1 e I2. 1º Passo: Aplicar a somatória das tensões igual a zero na malha1 e malha2 percorrendo a malha no sentido da corrente de malha (sentido horário). Malha1: Va- I1R1 – I1R2 +I2R2 =0 58 – I1x4 – I3x3 + I2x3 =0 58 –7 I1 + 3I2 = 0 58 = 7 I1 – 3I2

Malha 2: -I2R2 – I2R3 – Vb + I1R2= 0 -I2 x3 – I2 x2 – 10 V + I1 x3 =0

69-3 I2 –2 I2 +3 I1 = 10 V -5 I2 + 3 I1 = 10 V Resolvendo o sistema: 58= 7 I1 – 3 I2 X5 10= 3 I1 – 5 I2 X3 290 = 35 I1 – 15 I2 30 = 09 I1 - 15 I2 X-1 290= 35 I1 – 15 I2 -30= -09 I1 + 15I2 260 = 26 I1 I1= 260 = 10 A 26 Substituindo 10 A em 10=3I1 – 5 I2 para achar I2 teremos: 10 = 3 X 10 – 5 I2 10= 30 – 5 I2 10 – 30 = - 5 I2 -20 = - 5 I2 20= 5I2 I2= 20 = 4 A 5 Exemplo 2: Calcule as correntes I1 e I2, usando o método das correntes de malha. B I1 C I2 D + R1=1Ω - I3 _ R2=4Ω + VA=22V - - malha1 malha2 F E A Malha 1 Malha 2 22- I1 x1 – 20 = 0 20 – 4 x I2 = 0 22 – I1 – 20 =0 -4 I2 = - 20 2 = I1 I2 = - 20 = 5 A I1 = 2 A -4

CAP.23: PONTE RESISTIVA(PONTE DE WHEASTSTONE).

70

Definição: Ponte de Wheatstone é usada para medir uma resistência desconhecida Rx no circuito em ponte . A chave S2 aplica a tensão da bateria aos quatro resistores da ponte. Para equilibrar a ponte,o valorde R3 é variável. O equilíbrio ou balanceamento é indicado pelo valor zero lido no galvanômetro G quando a chave S1 estiver fechada.

Quando a ponte é equilibrada, os pontos b e c devem estar ao mesmo potencial. Portanto : IxRx = I1R1 (1 )

IxR3 = I1R2 (2) Divido as equações 1 e 2. Observe que Ix e I1 se simplificam. IxRx = I1R1 Rx = R1 IxR3 I1R2 R3 R2

Resolvendo para Rx; Rx = R1.R3 R2

Quando não passar corrente no galvanômetro, a PONTE estará em equilíbrio e haverá a igualdade. RX = R1

R3 R2

71Em pontes comerciais no lugar do potenciômetro, podemos usar um circuito chamado de

DÉCADA para formar a resistência variável. Uma década é uma caixa contendo várias resistências de valores conhecidos, como por exemplo

100Ω, 200Ω, até 1000Ω.

Ao contrário do potenciômetro que só sabemos o valor inicial (zero) e o valor final (valor estampado no corpo do potenciômetro).

APLICAÇÃO: _Uma grande aplicação do circuito ponte resistiva é na construção de aparelhos

usados na instrumentação industrial como no aparelho de medir temperatura o

termômetro de resistência.

_Quando o circuito for em ponte e um dos resistores queime e não seja possível ler o seu valor pelo código de cores.

EXERCÍCIOS SOBRE : PONTE RESISITIVA. 1 Precisa-se medir o valor de uma resistência desconhecida através de uma ponte resistiva. Se a

razão R1/R2 for 1/100 e R3 for 352 Ω quando a ponte está em equilíbrio. Determinar o valor da

resistência desconhecida.

Solução:

Rx= R1 X R3 = 1 X 352 = 3,52 Ω

R2 100 2 Sabendo que um circuito de Ponte Resistiva se encontra em equilíbrio e seus valores são R1=

10KΩ, R2=60KΩ, R3=20K. Calcule o valor do resistor desconhecido R4.

RX = R1 RX = 10KΩ R4= 20KΩ X 10KΩ = 3,33KΩ

R3 R2 20KΩ 60KΩ 60KΩ

723 No circuito da Ponte de Wheatstone ou Ponte Resistiva a PONTE está em equilíbrio. Calcule

RX, IX, I1 e cada tensão.

1º PASSO ; Calculo de Rx.

Rx = R1 x R3 = 1000 x 42 = 4,2 Ω.

R2 10.000 2 º Passo ; calculo de Ix e I1 , através da queda de tensão dos terminais a, b.

Ix.Rx + Ix.R3 = Vt 4,2 Ix + 42 Ix = 11 Vt 46,2Ix = 11 Ix = 11 = 0,238 A 46,2I1.R1 + I1.R2 = Vt I1 1.000 + I1.10.000 = Vt 11.00 l1 = 11 Vt Vt = 11 = 0,001 A

11.000 3 º PASSO ; Cálculo de cada tensão. Vx= IX.Rx = 0,237 x 4,2 = 1 V V1= I1.R1 = 0,001 x 1000 = 1V V3=Ix .Rx = 0,237 x 42 = 10 V V2= I1. R2 = 0,001 x 10.000 = 10 V

CAP.24: CAPACITORES. Definição: Capacitor é um dispositivo elétrico formado pôr duas armaduras (placas ) paralelas condutoras de material separadas pôr um material isolante chamado dielétrico. As duas armaduras (placas) do Capacitor são eletricamente neutras uma vez que existem tantos prótons quanto elétrons em cada armadura. Portanto o Capacitor não possui carga. Funcionamento: Quando ligamos uma bateria às armaduras do capacitor e ao fechar a chave da bateria a carga negativa da armadura A é atraída para o terminal positivo da bateria, enquanto a carga positiva da armadura B é atraída para o terminal negativo da bateria.

73Esse movimento de cargas continua até que a diferença de cargas entre as armadura A e B seja igual à tensão da bateria. Agora o Capacitor está carregado. Aparelho usado para medir capacitância: capacímetro.

Simbologia:

Como nenhuma carga pode cruzar a região entre as armaduras o Capacitor permanecerá nesta condição mesmo que a bateria seja retirada. Agora o Capacitor funciona como uma fonte de tensão, sendo a armadura A o terminal positivo e a armadura B o terminal negativo.

74Descarga de um Capacitor: A saída dos elétrons da armadura B reduz a sua carga negativa, e a sua chegada na armadura A reduz a sua carga positiva. Esse movimento de elétrons continua até que não haja mais carga na armadura A ou na armadura B e a tensão entre as duas armaduras seja zero.

CAPACITÂNCIA: Definição: Capacitância é capacidade de armazenar carga elétrica. A capacitância é igual à quantidade de carga que pode ser armazenada num capacitor dividida pela tensão aplicada às placas. C = Q Onde: C = capacitância (F) V Q = quantidade de cargas (C) C=Coulomb V = tensão (V) V= Volts Q TRIÂNGULO MÁGICO C ( cqver ) V UNIDADE DE CAPACITÂNCIA: Faraday (F) SUBMÚLTIPLOS: 1 µF = 10-6 F 1nF = 10-9 F 1pF =10-12 F

CURVAS DOS CAPACITORES

75TIPOS DE CAPACITORES.

a) CAPACITORES ELETROLÍTICOS.

Esse tipo de Capacitor usa folhas de alumínio como armaduras e como dielétrico uma finíssima camada de óxido que se forma sobre as folhas pôr um processo eletrolítico. Faixa de capacitância 0,5 – 100.00 microfarads. Capacitores eletrolíticos possuem polaridade se inverter a polaridade o capacitor pode explodir. Aplicação: usados para circuitos de baixa freqüência em corrente contínua.

b)Capacitores de cerâmica: Nesse tipo de capacitor são usadas cerâmicas como a bário entre outras como dielétrico desses

capacitores. Sua capacitância varia de pF a alguns nF. Aplicação: usados para circuitos de alta freqüência. c)Capacitores de poliéster: Esse capacitor usa como dielétrico o plástico poliéster, não possui polaridade. Os atuais capacitores já vem com o valor de capacitância e tensão estampado em seu corpo, os capacitores antigos não. Faixa de capacitância 10 – 1000 picofarads. Aplicação: usados para circuitos de baixa freqüência em corrente alternada. d)Capacitores de tântalo; Pelo fato do óxido de tântalo ter uma constante dielétrica muito maior do que o óxido de alumínio, é possível obter grandes capacitâncias em componentes reduzidos. Os capacitores de tântalo também são polarizados, são usados em CC. Aplicação: usados para circuitos de baixa freqüência em corrente contínua.

e)Capacitores Variáveis:

76Os capacitores que podem ter sua capacitância alterada são denominados Capacitores Variáveis, podendo ser encontrado de dois tipos: o trimmer que é um capacitor de ajuste e o capacitor variável que é um capacitor de sintonia. Aplicação: usados para circuitos de baixa freqüência em corrente contínua, sintonia de rádio ( capacitor variável).

ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES. ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM SÉRIE.

Quando os Capacitores são associados em série à capacitância total vale; 1 = 1 + 1 + 1 + ... 1

CT C1 C2 C3 CN

CAPACITÂNCIA DE 2 CAPACITORES EM SÉRIE: CT= C1 X C2 C1+C2

QUANDO UM NÚMERO DE N CAPACITORES EM SÉRIE TIVEREM A MESMA CAPACITÂNCIA: CT = C /N

ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM PARALELO.

Quando os Capacitores estão associados em paralelo a capacitância total CT, é a soma das capacitância individuais.

CT = C1 + C2 + C3 + … CN

REATÂNCIA CAPACITIVA. Em CC , um capacitor atua como um armazenador de energia elétrica. Em CA o capacitor atua diferente, devido a troca de polaridade da fonte. CAPACITOR em CA : Os capacitores despolarizados, podem funcionar em CA porque cada uma de suas armaduras pode receber tanto potencial positivo como negativo. Quando um capacitor é conectado a uma CA, a troca sucessiva de polaridade da tensão é aplicado às armaduras do capacitor. Reatância Capacitiva, é a oposição ao fluxo de corrente CA devido à capacitância no circuito. A unidade de reatância é o ohm (Ω) e a abreviatura é Xc. Em circuitos de CC, a freqüência é igual a zero. Com isso, a reatância capacitiva de qualquer capacitor ligado em um circuito de tensão continua será igual a infinito ( qualquer número dividido por zero é igual a infinito). É por esse motivo que quando conectado a um circuito de tensão contínua, um capacitor não funciona, agindo como um circuito aberto; sua resistência( reatância) será igual a infinito. Ex. Xc= 1 = 1 = 1 = infinito circuito aberto 2πFC 2π0.0 0

77XL=2πFL = 2π.0.L=0 circuito fechado

A cada semiciclo, a armadura que recebe potencial positivo entrega elétrons à fonte, enquanto a armadura que está ligada ao potencial negativo recebe elétrons. Com a troca sucessiva de polaridade, uma mesma armadura durante um semiciclo recebe elétrons da fonte e no outro devolve elétrons para a fonte.

Portanto existe um movimento de elétrons ora entrando ora saindo da armadura. Isso significa que circula uma corrente alternada no circuito Embora as cargas elétricas não passem de uma armadura do capacitor para a outra porque entre elas há o dielétrico, que é isolante elétrico.

PODEMOS CONCLUIR ENTÃO QUE: REATÂNCIA CAPACITIVA é:

Os processos de cargas e descarga sucessivas de um capacitor ligado em CA dão origem a uma resistência à passagem da CA NO CIRCUITO, essa resistência é denominada REATÂNCIA CAPACITIVA. Xc = Vc Xc= 1

Ic 2πF x C Onde: Xc : em ohms. C em ; FARAD. F em ; HERTZ (Hz). 2π= 6,28

78

APLICAÇÕES: 1.0 Como filtro; bloqueando a CC funcionando como um circuito aberto para esta e deixando passar

a CA.

2.0 Converter tensão alternada em tensão contínua, através do processo de fonte chaveada. 3.0 Como filtro passa baixa e filtro passa alto.

LEITURA DOS CAPACITORES:

Capacitores de Cerâmicos. Unidade Pf. Neste tipo de capacitor , os dois primeiros números indicam o valor e o terceiro, a multiplicação. A multiplicação é dada por 10n onde n é o valor estampado. No caso de não existir o terceiro número, a multiplicação é x1. Lembramos que os valores de capacitores cerâmicos são dados em Pf. No caso do capacitor da figura, ele é de 12x10 ou seja de 120 Pf. Um capacitor cerâmico com a marcação 222 é de 22x102 =2.200 pF=2,2Nf. Já um capacitor cerâmico com a marcação 103 é de 10x103 = 10.000Pf = 10Nf. No caso de existir uma letra R no segundo valor, essa letra indica ponto decimal. Esse tipo de capacitor não possui indicador de multiplicador ( a multiplicação é x1). Como exemplo citamos um capacitor marcado 4R7 é um capacitor de 4,7Pf. Tolerâncias: E= 25%, M=20%, K=10%, J=5%, H=2,5%, G=2%, F=1%, Z=20%, X=20%

79

Capacitores de Poliéster. Unidade Nf

Os capacitores podem vir com um ponto decimal que indica que o valor está sendo dado em μF e não em Nf. Ou seja um capacitor de poliéster marcado com .22 é um capacitor de 0,22μF OU 220 Nf.

Os capacitores de poliéster podem vir com um código de cores similar ao usado por resistores , só que possuindo cinco faixas de cor, em vez de apenas quatro ( a quinta faixa indica a tensão máxima suportada pelo capacitor. Os valores são dados em Pf e o código de cores para as três primeiras faixas é idêntico ao usado por resistores. Desse modo um capacitor que tem as três primeiras faixas seja: marrom, preto, amarelo, é um capacitor de 100Nf (10x10.000Pf) ou o,1μF. As tensões máximas são: marrom,100V, vermelho,250V, amarelo, 400V.

EXERCÍCIOS SOBRE: CAPACITORES. 1.0 Um capacitor com uma capacitância de 80 µF é ligado a uma fonte de 500 V . Calcular a sua

carga. C= 80 µF C= Q Q=C.V V= 500 V V Q= ? Q=C. V = 80 X 10-6F X 500V Q= 80 X 10-6 X 5 X 10+2 = 400X10-4 Q= 4 X 10+2 X 10-4 Q= 4X 10-2 C = 0,04C

802.0 Um capacitor de 0,01 µF e um de 0,04 µF são ligados primeiro em paralelo e depois em

série, a uma fonte de 500V. 0,01uF 0,04uF 0,01uF

A B A 0,04uF B

A) Calcular a capacitância em série? B) Calcular a capacitância em paralelo? C) Qual a carga da capacitância em série? D)Qual a carga da capacitância em paralelo? A) CT = C1 X C2 = 0,01µF x0,04μF= 0,0004µF.μF= 0,008µF = 8 nF C1 + C2 0,01µF + 04μF 0,05μF B) CT = 0,01 + 0,04 = 0,05 µF C) C= Q / V Q = C x V=0,08 µF X 500 V = 4 X 10-6 C D) Q = C x V = 0,05µf x 500 V = 2,5 x 10–5 C 3.0 Calcular a capacitância total do circuito. 60 µF 30 µuF

40 µF

450 VCsérie = 60 x 30 / 60+ 30 = 1800/ 90 = 20 µf CTotal = 20 µF + 40 µf = 60 µf 4.0 Um capacitor de 1 µF é conectado a uma rede de 220 V, 60 Hz. Qual é a corrente que circula no circuito?

816.0 Qual a capacitância de um capacitor que armazena 4C de carga com 2V nos seus

terminais? C= Q= 4C=2F V 2V 7.0 Qual a tensão aplicada aos terminais de um capacitor de 0,001F que armazena 2C? C= Q= V= Q= 2C = 2000V V C 0,001F 7.0 Qual a carga armazenada por um capacitor de 10F com 3V aplicado aos seus terminais? C= Q= Q=CV 10F x 3V = 30 C V 8.0 Um capacitor num circuito de telefone tem uma capacitância de 3μF. Que corrente passa através dele quando se aplica 15V em 800Hz? Xc= 1 = 1 = 66,34 Ω 2πF x C 2π. 3.10-6.800 I=V = 15V = 0,226 A R 66,25Ω

CAP.25: RESISTIVIDADE. Definição: É a resistência elétrica específica de um certo condutor com 1 metro de comprimento, 1mm2 de área de seção transversal, medida em temperatura ambiente constante de 20 ºC. A unidade de medida de resistividade é o Ω mm2 /m, representada pela letra grega ρ (lê-se rô). Equacionamente será: R = ρ . L R= é a resistência elétrica em Ω

S

L= comprimento do condutor em m S= área da seção transversal em mm2

ρ= resistividade do material em Ω. mm2/m George Simon Ohm foi o cientista que estudou a resistência elétrica do ponto de vista dos elementos que têm influência sobre ela. Por esse estudo, ele concluiu que a resistência elétrica de um condutor depende de quatro fatores:

a) Material do qual o condutor é feito. b) Comprimento (L) do condutor. c) Área de sua seção transversal (S). d) Temperatura no condutor.

82Através de várias experiências se pode verificar a influência de cada um destes materiais, variando apenas um destes fatores, e mantendo constantes os três restantes. 1) Influência do comprimento do condutor,mantendo-se constante o tipo de material, sua temperatura e a área da seção transversal e variou-se seu comprimento. L1______________resistência R. L2_________________________resistência obtida 2R. L3____________________________________________resistência obtida 3R. Deste modo se comprovou que a resistência aumentava ou diminuía na mesma proporção em que aumentava ou diminuía o comprimento do condutor. Isto significa que a resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento do condutor. 2) Na influência da seção transversal, foram mantidos constantes o comprimento do condutor, o tipo de material e sua temperatura, variando-se apenas sua seção transversal. S1 o resistência obtida = R S2 O resistência obtida = R/2 S3 O resistência obtida = R/3 Deste modo foi possível verificar que a resistência elétrica diminuía à medida que se aumentava a seção transversal do condutor, e Inversamente a resistência elétrica aumentava, quando se diminuía a seção transversal do condutor. Conclusão: A resistência elétrica de um condutor é inversamente proporcional à sua área de seção transversal. 3) Mantida as constantes de comprimento, seção transversal e temperatura variou-se o tipo de material: S L cobre resistência obtida = R1 S L alumínio resistência obtida = R2 S L prata resistência obtida = R3 Conclusão: Utilizando-se materiais diferentes, verificou-se que não havia relação entre eles. Com o mesmo material, todavia, a resistência elétrica mantinha o mesmo valor. Após estas experiências OHM estabeleceu a sua 2º Lei: A resistência elétrica de um condutor é diretamente proporcional ao produto da resistividade específica pelo seu comprimento, e inversamente proporcional à sua área de seção transversal. A partir dessas experiências, estabeleceu-se uma constante de proporcionalidade que foi denominada de RESITIVIDADE ELÉTRICA.

83

EXERCÍCIOS SOBRE : RESISTIVIDADE.

1) Calcule a seção de um fio de alumínio com resistência de 2 Ω e comprimento de 100 m. R=ρ.L S = ρ.L = 0,0278.mm2.Ω/m . 100 m = 1,39 mm2

S R 2 Ω 2) Determine o material que constitui um fio, sabendo-se que seu comprimento é de 150 m, sua seção é de 4 mm2 e sua resistência é de 0,6488 Ω . R=ρ.L ρ = R.S = O,6488Ω.4mm2 = 0.0173 mm2.Ω/ m S L 150 m 3) Determine a resistência elétrica de um condutor de cobre na temperatura de 20 º C, sabendo-se que sua seção é de 1,5 mm2 para os seguintes casos. L = 50 cm. R=ρ.L R = 0.0173 mm2.Ω/ m x o,5 m = 5,76 Ω S 1,5 mm2

4) Idem para L = 100 m RES: 1,15 Ω 5) Idem para L= 3 km RES: 34,6 Ω 6) Calcular L do estanho, sendo S= 2 mm2, R = 3 Ω R=ρ.L RS =ρL L= RS = 2 mm2X 3 Ω = 50,21 m

S ρ 0,1195m2.Ω/ m

84

CAP.26: CIRCUITO DELTA e CIRCUITO ESTRELA. Definição: Os circuitos delta, também chamados π ou triangulo, são circuitos onde as resistências não estão em série, nem em paralelo. Os circuitos delta podem ser convertidos por um circuito equivalente chamado estrela (também chamado T ou Y), a fim de descobrirmos a resistência total do circuito. Essa conversão faz com que o valor total da resistência do circuito seja equivalente.

Regra 1: A regra para a conversão de Y em Δ é a seguinte: A resistência de qualquer lado da rede Δ é igual à soma das resistências da rede em Y multiplicadas duas a duas e dividida pela resistência do ramo oposto da rede em Y. Regra 2: A regra para a conversão de Δ em Y é a seguinte: A resistência de qualquer ramo de rede Y é igual ao produto dos dois lados adjacentes da rede Δ dividido pela soma das três resistências em Δ. Regra 1 – Transformação Y a Δ Regra 2 – Transformação Δ a Y

85R1 =Ra Rb +Rb Rc + Rc Ra Ra = R1 R 3 .

Rc R1 + R2 +R3 R2 =Ra Rb +Rb Rc + Rc Ra Rb= R1 R 2 . Ra R1 + R2 +R3 R3= Ra Rb +Rb Rc + Rc Ra Rc= R2 R 3 .

Rb R1 + R2 +R3

EXERCÍCIOS: CIRCUITO DELTA E ESTRELA. 1.0 Converta os valores da rede Y (T) em rede Δ( π).

Ra =1,2Ω Rb=2Ω a b R1

a b Rc=3Ω R3 R2 c c d R1 =Ra Rb +Rb Rc + Rc Ra = 1,2x2+2x3 +3x1,2 = 12 = 4Ω

Rc 3 3

R2 =Ra Rb +Rb Rc + Rc Ra = 12 = 10 Ω

Ra 1,2

R3= Ra Rb +Rb Rc + Rc Ra = 12 = 6Ω

Rb 2 2.0 Idem para Ra =5Ω Rb=2Ω Rc=10Ω; Resposta R1= 35Ω , R2 =70Ω , R3= 17,5Ω 3.0 Converta os valores da rede Δem rede Y. A

R3=6Ω R1=4Ω C B

R2=10Ω Ra = R1 R 3 Rb = R1 R 2 Rc = R2 R 3

R1 + R2 +R3 R1 + R2 +R3 R1 + R2 +R3

Ra = 4X6 = 1,2 Ω Rb 4X10 = 2 Ω Rc = 10X6 = 3 Ω

4+10+6 4+10+6 4+10+6 4.0 Idem para R1 =10Ω R2=20Ω R3=30Ω; Resposta:Ra= 5Ω , Rb =3,33Ω , Rc= 10Ω

86

CAP.27: TEOREMA DE THEVENIN. Definição: É um método para transformar circuito complexo num circuito simples equivalente. O teorema de Thevenin afirma que qualquer rede linear de fontes de tensão e resistores, se considerarmos dois pontos quaisquer da rede, pode ser substituído por uma resistência equivalente RTH em série com uma fonte equivalente VTH. RTH é a resistência de Thevenin através dos terminais a e b da rede com cada fonte interna curto-circuitados. VTH é a tensão de thevenin que apareceria através dos terminais a e b com as fontes de tensão no lugar e sem nenhuma carga ligada através de a e b . Por esta razão, VTH é também chamada de tensão de circuito aberto. Exemplo: 1.0 – Calcule o equivalente de thevenin ao circuito nos terminais a e b no circuito. 1º Passo calcular o Rth.Faz-se um curto circuito na fonte de tensão de V= 10 V e R1 e R2 estão em paralelo.

A A V=10V R1=4Ω R1=4Ω R2=6Ω CURTO- R2=6Ω B CIRCUITO B a

RTH = R1 x R2 = 4x6 = 24 = 2,4 Ω VTH =6V RTH= 2,4Ω R1 + R2 4+6 10 b 2º Passo calcular o VTH. VTH é a tensão através dos terminais a e b que tem o mesmo valor da queda de tensão através da resistência R2. VTH = V x R2 = 10 X6 = 60 = 6 V R1+R2 4 + 6 6 Nota: As fontes de tensão e de corrente podem simplificar os circuitos quando há duas ou mais. As fontes de tensão são mais fáceis para as associações em série porque podemos somar as tensões, enquanto as fontes de corrente são mais fáceis para as associações em paralelo porque podemos somar as correntes. 2.0 Calcule o equivalente de thevenin ao circuito nos terminais a e b no circuito. Passo calcular o Rth.Faz-se um curto circuito na fonte de tensão de V= 20 V e R1=20Ω e R2=40Ω estão em paralelo.

87 A A V=20V R1=20Ω R1=20Ω R2=40Ω CURTO- R2=40Ω B CIRCUITO B a

RTH = R1 x R2 = 20x40 = 800 = 13,3 Ω VTH =13,3V RTH= 13,3Ω R1 + R2 20+40 60 b 2º Passo calcular o VTH. VTH é a tensão através dos terminais a e b que tem o mesmo valor da queda de tensão através da resistência R2. VTH = V x R2 = 20 X40 = 800 = 13,3 V R1+R2 20 + 40 60 1) Uma aplicação do Teorema de Thevenin. Calcule a corrente que circula na carga de 40Ω, usando thevenin.

A I = V = 13,33 = 0,25 A VTH =13,3V RTH= 13,3Ω Rc=40Ω RTH + Rc 13,33+40 B Vrc= 0,25 x 40= 10 V

CAP.28: TEOREMA DE NORTON. Definição: O teorema de Norton é usado para simplificar rede em termos de corrente em vez de tensões.Para análise de corrente, este teorema pode ser usado para reduzir uma rede a um circuito simples em paralelo com uma fonte de corrente. Símbolo para fonte de corrente é um círculo com uma seta dentro que indica o sentido da corrente. Este sentido deve ser o mesmo que o da corrente produzida pela polaridade da fonte de tensão correspondente. Uma fonte produz um fluxo de corrente que sai do terminal positivo. O teorema de Norton afirma que qualquer rede ligada aos terminais a e b pode ser substituída por uma única fonte de corrente In em paralelo com uma única resistência Rn. In é igual `a corrente de curto-circuito através dos terminais ab (a corrente que a rede produziria através de a e b com um curto-circuito entre esses dois terminais) Rn é a resistência nos terminais a e b olhando por trás, a partir dos terminais abertos ab. O valor desse resistor único é o mesmo para os dois circuitos equivalentes: Norton e Thevenin. Exemplo. 1.0 Calcule a corrente IL pelo teorema de Norton. b V=10V R1=4Ω R2=6Ω RL=3,6Ω b 1º Passo. Calcular In. Faz-se um curto-circuito entre os terminais ab. Um curto-circuito através de ab curto-circuito RL e R2 em paralelo. Fica então no circuito uma única resistência R1 em série com a fonte V.

88a a

R1=4Ω IN = V = 10 =2,5 A 10v CURTO- 10V R1 =4Ω R1 4 R2=6Ω RL=3,6Ω CIRCUITO b b 2º Passo. Calcular Rn. Faz-se um curto-circuito na fonte de tensão e teremos R1 e R2 em paralelo com o circuito aberto nos terminais a e b. R1=4Ω a +a curto Rn = R1 x R2 = 4x6 = 20 = 2,4 Ω R1 + R2 4+6 10 R2=6Ω In= 2,5 A RN= 2,4 Ω b _b 3º Passo. Calculo de IL religue RL aos terminais a b. A fonte de corrente ainda libera 2,5 A, mas agora a corrente se subdivide entre os dois ramos Rn e RL. a IL = RN x In = 2,4 = 2,4 x 2,5 = 1,0 A RL=3,6Ω RN + RL 2,4 +3,6 6 In =2,5A RN=2,4Ω b 2.0 Calcule a corrente IL através do resistor do meio RL. R1=9Ω R2=3Ω V1=72V RL=6Ω V2=24V FONTE DE TENSÃO 1 FONTE DE TENSÀO 2 1 º Passo. Transforme as fontes de tensão V1 e V2 em fontes de corrente. L1=8A RL=6Ω I2=8A R1=9Ω R2=3Ω FONTE DE CORRENTE 1 FONTE DE CORRENTE 2 I1= V1 =72=8 A I2= V2 =24= 8 A R1 9 R2 3 3º Passo. I1 e I2 podem ser associadas para formar uma fonte de corrente equivalente IT. Como elas produzem corrente no mesmo sentido através de RL, podem ser somadas. IT = I1 + I2 = 8 +8 =16 A A resistência em derivação R para uma fonte de corrente total de 16 A é a resistência associada de R1 de 9Ω e de R2 de 3 Ω em paralelo. R = R1R2 = 9x3 = 27 = 2,25 Ω R1+R2 9 + 3 12

894º Passo. Redesenhe o circuito com a fonte de corrente equivalente e a resistência equivalente e calcule IL aplicando divisor de corrente em 6Ω e 2,25Ω. IL IL = 2,25 x 16 = 2,25 x 16 = 4,36 A 2,25+6 8,25 R=2,25Ω RL=6Ω IT=16A

CAP.29: INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

INTRODUÇÃO. Na prática é muito bom saber medir corretamente as grandezas associadas a um circuito elétrico, já que cada uma delas pode ter seu valor determinado através de uma leitura direta no correspondente aparelho medidor. Assim, um amperímetro mede a intensidade da corrente elétrica, um voltímetro mede a diferença de potencial ( tensão elétrica ou voltagem ), um ohmimetro mede a resistência elétrica , um wattímetro mede a potência que é usada em um circuito, etc.

1.0 AMPERÍMETRO Definição: O amperímetro é um aparelho destinado a registrar a intensidade da corrente elétrica que percorre um trecho de circuito. Para fazer medições de intensidade de corrente elétrica., de acordo com o símbolo de medição estampado na escala. Ele pode ser em ampère (A), miliampère (m A) , microampère (μA), e kiloampère (KA). Quando a medição de intensidade é feita em miliampère, teremos o Miliamperímetro. Caso a medição seja feita em kiloampère, teremos o Kiloamperímetro.

Para que sua leitura seja correta, é necessário que: O amperímetro seja instalado em série no trecho onde se deseja determinar a intensidade da corrente elétrica.

90A resistência elétrica do amperímetro seja praticamente desprezível, a fim de não influir na

resistência elétrica do trecho.

2.0 VOLTÍMETRO Definição: O voltímetro é um aparelho destinado a registrar a diferença de potencial entre os terminais de um trecho de circuito elétrico.

Para que sua leitura seja correta, é necessário que: O voltímetro seja instalado em paralelo com o trecho onde se deseja determinar a diferença de potenciaA resistência elétrica do voltímetro seja praticamente infinita, a fim de não desviar corrente elétrica trecho em estudo e , conseqüentemente, não alterar a correspondente DDP.

3.0 OHMÍMETRO. Definição: Ohmímetro é um aparelho que permite medir a resistência elétrica de um elemento ou de um circuito, indicando o valor da referida resistência elétrica numa escala calibrada em ohms. É também usado no teste de continuidade, no valor de resistências ou de fugas de circuitos ou de

componentes defeituosos.

• OPERAÇÃO DO OHMÍMETRO.

Unem-se os bornes A-B (pontas de prova do ohmimetro) fechando o circuito, e gira-se o botão de ajustes de ohms até que o ponteiro indique o fim da escala (zero ohms), visto que nestas condições a resistência entre as pontas de prova A-B aos terminais é nula.

91Encostando agora as pontas de prova A-B aos terminais de uma resistência a medir, o

instrumento indicará a passagem de uma corrente determinada, que corresponde ao valor ôhmico dessa resistência e é indicado na escala de ohms. Para calibrar a escala de ohms de leitura direta, encostam-se as pontas de prova e ajusta-se o potenciômetro R1 a deflexão máxima. Deste modo, a resistência é igual a zero ohms. Dizemos zero,

porque, neste caso, entre os pontos A e B não há resistência interposta, mas sim um contato elétrico direto.

4.0 WATTÍMETRO.

Definição: Este aparelho possibilita a medição de potência ou a energia absorvida pôr um circuito. Para medir a energia , os enrolamentos estão insolados entre si; um deles trabalha com uma bobina de tensão e outro trabalha com uma bobina de corrente. A bobina de corrente, está em série com o circuito( amperimétrico) a bobina de tensão pôr sua vez em paralelo com o circuito como se fosse um voltímetro. Um bom exemplo de wattímetro é o medidor de quilowatt-hora, também conhecido como relógio, usados em todas residências, lojas e indústria (ver fig. 8.3).

5.0 Multímetro Definição: O multímetro ou multiteste ou VOM é aparelho que tem a função de medir corrente, tensão e resistência de um circuito ou de um componente individualmente. No entanto, a queda constante do preço deste tipo de instrumento e a entrada no mercado de tipos populares indicados para os mais diversos trabalhos, tornaram-no também indispensável para o eletricista, mesmo o amador. Com a possibilidade de medir e testar instalações elétricas, componentes e aparelhos eletrodomésticos, o multímetro é de grande importância para todos os que desejam fazer trabalhos elétricos.

92

a figura acima temos um exemplo de multímetro de baixo custo, indicado para uso de eletricista.

Este é o tipo de aparelho que recomendamos aos nossos leitores e que ensinaremos como usar neste capítulo. Conforme podemos ver, este multímetro contém um indicador com um ponteiro que corre em diversas escalas. Estas escalas correspondem às grandezas elétricas que o multímetro pode medir e que são: resistências, tensões contínuas, tensões alternadas. Alguns tipos sofisticados podem medir outras grandezas como, pôr exemplo, fazer o teste de continuidade, teste de transistores, medir capacitâncias, indutâncias, freqüências, etc. Evidentemente, quanto mais coisas o multímetro puder medir, maior será o seu custo, e mais preparo do usuário é exigido para explorar todos os seus recursos. Vejamos como o multímetro mede cada uma dessas grandezas e onde ele pode ser útil para o eletricista:

6. ALICATE AMPERÍMETRO. Definição: O amperímetro-alicate, além de medir a intensidade de corrente elétrica, mede outras grandezas e tem também múltipla escala. A sua ligação diferencia dos outros instrumentos apresentados, pois a sua garra deve envolver um condutor energizado. Princípio de funcionamento: O amperímetro alicate é um medidor de indução que consiste de um transformador, onde o circuito primário é obtido através da corrente que circula no condutor a ser medido criando um campo magnético, que é fechado quando se fecha as pinças que envolvem o condutor.

93O circuito secundário está ligado a uma ponte retificadora que por sua vez está ligada a um galvanômetro onde se lê os valores de correntes medidos.

EXERCÍCIO SOBRE: INSTRUMENTOS DE MEDIDA

1.0 Definir o que vem a ser o aparelho MULTIMETRO ou MULTITESTER? R: É o aparelho que mede tensão, corrente e resistência.

2.0 Qual o outro nome dado ao multímetro? R: VOM, que significa (Voltímetro, ohmímetro e miliamperímetro).

3.0 Qual o nome do aparelho usado para medir corrente elétrica? R: AMPERIMETRO. 4.0 A maior intensidade de corrente que um amperímetro pode medir é chamada de? R: Fundo de escada do amperímetro.

5.0 O que é o amperímetro ideal? R: É aquele que possui resistência interna desprezível (igual a zero).

6.0 Como deve ser ligado o amperímetro no circuito a ser medido? R:O amperímetro deve ser instalado em série no trecho a ser medido.

7.0 Qual o nome do aparelho usado para medir tensão elétrica ?R: Voltímetro.

8.0 Como deve ser ligado o voltímetro no circuito a ser medido ? R: O voltímetro deve ser instalado em paralelo no trecho a ser medido. 9.0 A maior intensidade de tensão que um voltímetro pode medir é chamada de ? R: Fundo de escalada do voltímetro. 10.0 O que é o voltímetro ideal ?

94R: É aquele que possui resistência interna infinita.

11.0 Qual o nome do aparelho usado para medir a resistência elétrica ? R: OHMIMETRO.

12.0 Qual o nome usado para medir potência elétrica ? R: WATIMETRO.

13.0 Para que serve a resistência chamada de SHUNT instalada em paralelo nos amperímetros ? R: para protegê-lo de uma resistência a ser medida acima de sua capacidade.Para que serve o dispositivo chamada PONTE DE WHEASTSTONE ?R: Permite determinar o valor de uma resistência elétrica desconhecida (RX), de um dado resistor a partir de três resistores de resistência elétrica conhecidas.

CAP.30: MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO.

MAGNETISMO:

Definição: O magnetismo é uma propriedade de certas substâncias de atraírem o ferro. Exemplo de outras substâncias que atrai o ímã: ligas de aço contendo( níquel, cobalto, magnesita. O fenômeno do magnetismo foi descoberto pelos chineses, por volta do ano 2.637 a . C ,os chineses, empregavam o ímã para construir bússolas. O magnetismo é originado na estrutura atômica da substância ímã, ou seja um corpo que possui magnetismo,possui dois pólos: o norte que é atraído pelo pólo norte geográfico e o sul pelo pólo sul geográfico. Diz-se que as linhas de forças do campo magnético saem pelo pólo norte e entram pelo pólo sul. Vão, portanto, externamente, do pólo norte para o sul e dentro do ímã do sul para o norte. Aplicação; freio magnético

95 CAMPO MAGNÉTICO:

Definição: Chama-se campo magnético o espaço onde atua a força de atração magnética.

ELETROMAGNETISMO: Definição: Eletromagnetismo é o campo magnético gerado em torno de um condutor quando através do mesmo circular uma corrente elétrica. Os princípios do eletromagnetismo foram descobertos pelo cientista dinamarquês Oersted em 1819. Através de uma experiência muito simples podemos descobrir que todo condutor gera um campo magnético ao seu redor quando há uma corrente elétrica passando pôr ele. Essa experiência consiste em colocar uma pequena bússola ao lado de um fio de um circuito. Quando há corrente passando pôr esse fio, o ponteiro da bússola move-se, provando que foi formando um campo magnético.

Campo magnético em um condutor.

96Todo condutor (fio) cria um campo magnético ao seu redor quando há uma corrente elétrica passando por ele. Quando um condutor é percorrido por uma corrente elétrica ocorre uma orientação no movimento das partículas no seu interior. Essa orientação do movimento das partículas tem um efeito semelhante ao da orientação dos ímãs moleculares. Como conseqüência dessa orientação, surge um campo magnético ao redor do condutor.

Linhas de forças do campo magnético. As linhas de forças do campo magnético criado pela corrente elétrica que passa por um condutor, são circunferências concêntricas num plano perpendicular ao condutor.

REGRA DA MÃO DIREITA:

Considerando o sentido da corrente elétrica o sentido convencional, podemos determinar o sentido da corrente elétrica e o sentido do campo magnético. Essa regra diz que o dedão da mão direita (polegar) deve apontar para o sentido da corrente elétrica, e os demais dedos automaticamente indicarão o sentido do campo magnético que é formado ao redor do condutor.

97A figura abaixo mostra a aplicação prática da regra da mão direita.

NOTA:

O inverso também é verdadeiro: se criarmos um campo magnético muito forte, podemos gerar eletricidade em um fio no qual originalmente não havia eletricidade nele. É assim que as turbinas de usinas de eletricidade conseguem gerar eletricidade. Água ou o vapor de água move uma bobina gigantesca que gera um campo magnético forte, que por sua vez, induz a formação de eletricidade.

Uma bobina ou indutor é um fio enrolado várias vezes. Esse enrolamento faz com que o campo magnético gerado seja mais forte. Esse campo magnético é chamado de ELETROMAGNÉTICO, já que é gerado a partir da eletricidade.Se esse campo eletromagnético for forte o suficiente, iremos criar um eletroímã, que é um ímã elétrico. Você mesmo pode fazer essa experiência . Pegue um parafuso e enrole um fio fino várias vezes ao seu redor. Ao ligar essa bobina em uma pilha, você conseguirá atrair pequenos objetos metálicos, tais como grampos de papel repare que quando você cortar a eletricidade, os objetos deixarão de ser atraídos pela bobina. Ex de utilização do magnetismo: freio magnético.

CAP.31: INDUTORES ou BOBINAS :

Definição: São componentes formados pôr espiras de fios esmaltados que podem ou não ter um núcleo de material ferroso. Ou seja é um fio enrolado várias vezes, esse enrolamento faz com que o campo magnético gerado seja mais forte. Os núcleos de material ferroso podem ser compostos de ferrite, ferro doce, pó de ferro, etc.

A função de um indutor num circuito eletrônico é apresentar uma oposição às variações rápidas da corrente. Indutância é a capacidade que um condutor possui de induzir tensão em si mesmo quando a corrente varia ( também chamada de auto-indutância). A indutância de um indutor é medida em em Henry (H) sendo comum o uso de seus SUBMÚLTIPLOS: o milihenry (mH), e o microhenry (uH); 1 mH =10-3H; 1µH = 10-6 H

98O número de voltas do fio e a sua espessura, além das dimensões da bobina determinam a sua indutância. Símbolo de indutor; L SIMBOLOGIA

TIPOS DE INDUTORES. Choque de filtro:

Que operam com baixas freqüências e são enroladas em formas com chapas de ferro doce como núcleo. Choques de uso geral para RF com indutâncias intermediárias e núcleo de ferrite. Choque de alta freqüência sem núcleo usados em circuitos de sintonia. NOTA: Bobinas ajustáveis, são as que possuem núcleos que podem ser movidos em seu interior, também são encontrados em algumas aplicações.

APLICAÇÕES:

- Bobinas de núcleo de ferrite, são encontradas em filtros de linha e fontes de tensão. - Bobinas de baixa indutância com núcleos ajustáveis podem ser vistas nos circuitos de

sintonia, ou ajustes de transmissores, receptores, TV, etc. . - Transferir energia de um circuito para outro circuito. Ex. transformador.

ASSOCIAÇÃO DE INDUTORES. Os indutores podem ser associados em SÉRIE, EM PARALELO e até mesmo MISTA, embora esta última não seja muito utilizada.

99ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE.

São ligados em série para obter indutores maiores e para obter tensões maiores. Indutores em série e sua representação

LT = L1+ L2 +L3 + ...Ln

ASSOCIAÇÃO EM PARALELO.

Associação paralela pode ser usada como forma de obter INDUTÂNCIAS MENORES ou como forma de DIVIDIR UMA CORRENTE entre diversos indutores.

FÓRMULA PARA MAIS DE 2 INDUTORES EM PARALELO. 1 = 1+ 1 + 1+... 1

LT L1 L2 L3 LN

FÓRMULA PARA 2 INDUTORES EM PARALELO. LT = L1 X L2 L1 + L2

FÓRMULA PARA N INDUTORES IGUAIS EM PARALELO. LT = L N

REATÂNCIA INDUTIVA.

REATÂNCIA INDUTIVA EM CC:

100Quando se aplica um indutor em um circuito de CC, sua indutância se manifesta apenas nos momentos em que existe uma variação de corrente, ou seja no momento em que se liga e desliga o circuito.

REATÂNCIA INDUTIVA EM CA: Como os valores de CORRENTE E TENSÃO alternados estão em constantes modificações, o efeito da indutância se manifesta permanentemente. Esse fenômeno de oposição permanentemente à circulação da corrente variável é denominada de REATÂNCIA INDUTIVA e representada pôr XL. Onde: XL = 2π. F.L 2π = 6,28 F= freqüência da corrente alternada em HERTZ (HZ). L = é a indutância do indutor em Henry (H).

CAP.32: SOLENÓIDE. Definição: Os solenóides são componentes formados pôr uma bobina dentro da qual pode deslizar um núcleo de material ferroso. FUNCIONAMENTO; Quando uma corrente percorre a bobina, o campo magnético criado puxa o núcleo para dentro com força. Essa força pode ser usada para acionar os mais diversos dispositivos.

APLICAÇÕES. _Máquina de lavar , usado para abrir e fechar uma válvula. _Fechadura de um portão eletrônico. _Nos equipamentos eletrônicos para movimentar partes móveis de DVD, TOCA-FITAS.

ESPECIFICAÇÕES:

A principal especificação é a tensão que deve ser aplicada em seus terminais, para que ele seja acionado. Em função dessa tensão temos a corrente, a qual depende da resistência que ele apresenta e da força que ele deve exercer. Os solenóides podem trabalhar com tensão da rede AC ou DC na faixa de 3 a 48 V.

SÍMBOLO e ASPECTOS.

101Os pequenos solenóides encontrados nos equipamentos eletrônicos são formados pôr milhares de espiras de fios esmaltados muito finos ( fig73 ).Um sistema de molas permite que o núcleo volte à posição original quando a bobina deixa de ser energizada.

OBS: Na associação de indutores vale as mesmas regras de resistores.

EXERCÍCIOS SOBRE: INDUTORES.

1.0 Qual é a indutância total em uma associação de indutores ligados em série, com os seguintes valores; L1 = 8 H, L2 = 72 H L3 = 1500 mH Lt = 8 H + 72 H + 1,5H = 81,5 H 2.0 Determinar a indutância total de uma associação de indutores em paralelo, que apresenta os

seguintes valores : L1 = 120 H L2 = 214 H Lt = L1 X L2 = 120 x 214 = 76,89 H L1 + L2 120 + 214 3.0 Determinar a indutância total de uma associação de indutores em paralelo, que apresenta os

seguintes valores : idem L1= 4H L2= 8H L3=20H L1 = 0,27 H L2 = 0,85 H L3 =3 H 1 = 1 + 1 + 1 = 1 + 1 + 1 = 1 = 5,21 Lt = 0,19 H Lt L1 L2 L3 0,27 0,85 3 Lt 4.0 Calcular a reatância de um indutor de 600 mH que aplicado a uma rede de CA 220 V, 60 Hz .

1025.0 Qual o valor da corrente que um indutor de 600(mH )aplicado a tensão de CA de 110 V 60 Hz.

CAP 33: RELÉS.

Definição: Os relés ( pronuncia-se relês ) são chaves eletromagnéticas. Eles possuem uma bobina que age como um eletroímã, fechando e abrindo um circuito. Assim, um relê teria 04 terminais (fios): 02 terminais para a bobina e 02 terminais para a chave que é fechada quando há corrente elétrica circulando na bobina. A bobina do relê é classificada de acordo com a tensão em que ele feche a chave. Como a chave é acionada magneticamente, é possível acionar um circuito elétrico totalmente diferente a partir de um circuito mais simples.

APLICAÇÃO. Pôr exemplo, aplicando 12 V na bobina de um relê de 12 V , podemos fazer com que um circuito de 127 ou 220 V seja acionado.Damos o exemplo da figura: o relê é acionado com

10312 V, fazendo com que uma Tomada seja alimentada com a tensão da rede. A essa tomada poderíamos conectar qualquer aparelho elétrico de CA, como uma lâmpada, pôr exemplo.

CONTATOS DO RELÊ. Um relê típico possui uma chave de 03 contatos: NF, normalmente fechado, C , Comum; e NA, Normalmente Aberto. Daí o normalmente fechado e normalmente aberto. Quando a bobina é acionada, há contato entre NA e C, e dessa vez é o NF que fica em aberto.

CAP.34: IMPEDÂNCIA.

Definição: A impedância é a soma vetorial da resistência, da reatância capacitiva e da reatância indutiva. A impedância é medida em OHMS e abreviada por Z. No circuito de CC, não existe reatância capacitiva ou indutiva , a impedância é igual a resistência. No circuito de CC , o único tipo de oposição à passagem de corrente elétrica que existe é a resistência. Em circuitos eletrônicos, a resistência é feita através do componente resistor. Nos circuitos de CA, além da resistência, há duas grandezas que se opõem à passagem da corrente elétrica; a reatância capacitiva e a reatância indutiva. A reatância capacitiva é inserida no circuito através de um efeito capacitivo, se houver no circuito um componente capacitor. A reatância indutiva é inserida no circuito através de um efeito indutivo, se houver no circuito um componente indutor. Indutores e capacitores são componentes que só funcionam em CA. Quando instalados em circuito de CC, um capacitor funciona como um circuito aberto (isto é só deixa passar a CA), enquanto que um indutor (uma bobina) funciona como um circuito fechado ( deixa passar a corrente elétrica). Capacitores e indutores, instalados em circuitos de CA geram uma oposição a passagem da corrente elétrica chamada de reatância, abreviada por X. A reatância indutiva é abreviada por XL e capacitiva por XC. Calculo da reatância; Se as reatância estiverem em série, a impedância será a soma vetorial direta. Z= R±JX Esse modo indica uma soma entre R e X e a letra J indica que X possui uma defasagem de 90 graus em relação a R. Exemplo; Se no circuito a resistência for de 100Ω e a reatância for de 20Ω. Qual a impedância? Z= 100±J20 Ω No nosso exemplo a reatância é um número positivo, significa que a reatância total é indutiva. Um valor negativo,indicaria que a reatância total seria capacitiva.

104Representação gráfica da Impedância.

Z é a hipotenusa de um triângulo, e o valor da resistência e da reatância são os catetos, deste modo basta aplicar o teorema de Pitágoras para achar a impedância. Z2= X2+ R2 ou Z= √X2 + R2

Ex Z= √1002 + 202 = 101.98 Ω CAP.35: GRÁFICO DA: RESISTÊNCIA,INDUTOR,CAPACITOR. 1)RESISTÊNCIA SIMPLES OU ÔHMICA R. A tensão variará senoidalmente no resistor, do mesmo modo que a tensão que a originou. A corrente e a tensão se apresentam com igualdade de fases, isto é crescem e decrescem simultaneamente:ϕ=0

2) REATÂNCIA INDUTIVA XL. Ë a resist6encia à passagem da corrente, fato de um condutor constituir uma bobina e nesta ocorrer um fenômeno denominado auto-indutância. Isto origina uma tensão que atua em sentido contrário ao da tensão de alimentação. É Representado Por Xl . Os enrolamentos dos motores e dos transformadores representam cargas indutivas. A reatância indutiva XL depende da freqüência F , da corrente e da indutância L expressa em henry , H: XL = 2π. F.L Quando a carga de um circuito é indutiva, existe uma diferença de fases (ÂNGULO) entre a tensão e a corrente, porque esta última sofre um retardamento em seu deslocamento, devido ao

105efeito da auto-indutância. Quando a resistência ôhmica é desprezível, isto é, só se considera a indutância, a defasagem entre I e V é de 90 graus.

REATÂNCIA INDUTIVA

3) REATÂNCIA CAPACITIVA XC. Um capacitor é um dispositivo elétrico que acumula eletricidade , ou seja concentra elétrons Os capacitores oferecem certa resistência à passagem da corrente, a qual se denomina reatância capacitiva e se designa por XC calculada por : Xc= 1

2πF x C Sendo F freqüência da corrente e C capacidade, em farads. Quando existe reatância capacitiva pura (em considerar resist6encias ôhmicas), a corrente se apresenta adiantada de 90 graus em relação a tensão: ϕ = - 90 graus.

106

CAP.36: TRANSFORMADORES. Definição: O transformador é constituído por dois enrolamentos; o primário no qual é ligada a tensão da rede, o secundário no qual podem ser ligado uma carga, ou um circuito regulador de tensão, e um núcleo de ferro laminado que serve para fazer a ligação magnético entre os enrolamentos

APLICAÇÃO:

Quando se torna necessário modificar os valores da tensão e da corrente de uma FEM ou rede de energia elétrica, usamos um transformador. SIMBOLOGIA Símbolo Geral, norma ANSI, IEC e ABNT.

FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORES: As variações da corrente alternada aplicada ao primário produzem um fluxo magnético variável, que induz no enrolamento secundário uma FEM que será proporcional ao número de espiras do primário (Np) e do secundário (Ns). Essa proporção é chamada RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO. A tensão, a corrente e as espiras entre o primário e o secundário de um transformador são determinadas pelas seguintes igualdades: V1 = I2 = N1 V2 I1 N2 V1 – tensão no primário I1 – corrente no primário V2 – tensão no secundário I2 – corrente no secundário

107N1 – número de espiras no primário N2 – número de espiras no secundário

RENDIMENTO OU EFICIÊNCIA: Um transformador não gera energia elétrica. Ele simplesmente transfere energia de um enrolamento para outro, pôr indução magnética. As perdas verificadas nessa transferência são relativamente baixas, principalmente nos grandes transformadores. Um transformador ideal tem 100% de eficiência porque ele libera toda energia que recebe. Devido

as perdas no cobre e no núcleo, a eficiência do melhor trafo na prática é menor que 100%. A percentagem de rendimento de um transformador é determinada pela seguinte equação:

Rend. = Ps x 100 % Ps = potência de saída Pe Pe = potência de entrada

ENSAIO A VAZIO E ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO. Quando desejamos comprovar a boa qualidade de um transformador, devemos submetê-lo a vários ensaios. Neste capítulo trataremos apenas dos ensaios de FUNCIONAMENTO A VAZIO (sem carga) e em curto-circuito de FUNCIONAMENTO COM CARGA TOTAL (plena carga).

ENSAIO A VAZIO. No ensaio de funcionamento a vazio, o primário do transformador é ligado a uma fonte com tensão e freqüência indicadas pelo fabricante. Um voltímetro é ligado ao primário e outro ao secundário. As indicações desses instrumentos nos darão a razão do número de espiras entre o primário e o secundário. Um amperímetro ligado ao primário indicará a corrente a vazio (fig.2).

Como a perda I²R (perda no cobre ou perda de joule), com o transformador sem carga, é menor que 1/400 da perda com carga total, consideramos irrelevante essa perda. A corrente indicada no amperímetro representa a perda no núcleo e é normalmente inferior a 5% da corrente com carga total, quando o núcleo é de boa qualidade. A perda no núcleo é também chamada PERDA NO FERRO.

ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO. O ensaio do transformador com carga total é feito da seguinte maneira. Liga-se um amperímetro em curto-circuito ao secundário e alimenta-se o primário com uma fonte, usando-se um reostato ou um varivolt, e um voltímetro, que indicará a tensão aplicada ao primário. Opera-se o reostato ou o varivolt, até que o amperímetro indique a corrente de carga total. Nessa condição o voltímetro deverá indicar uma tensão de EV/50.

108

Já vimos a grande importância dos transformadores no transporte de energia elétrica a grande distância. Entretanto os transformadores têm larga aplicação em outros campos de eletricidade e da eletrônica

ESPECIFICAÇÃO DO TRANSFORMADOR. 1 Tipo de transformador: monofásico, trifásico. 2 Tensão Nominal: primário e no secundário. Exemplo 110V,220V, 380V, 440V,

13.800 V, 88.000 V, 138.000 V. 3 Potência Nominal : 2 KVA, 112,5 KVA,150 KVA, 225 KVA, 500 KVA. 4 Corrente Nominal: A, KA. 5 Freqüência Nominal: 50 Hz, 60 Hz, etc. 6 Refrigeração: óleo mineral, ou a seco.

POTÊNCIA DO TRANSFORMADOR

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO P = VI ( VA ) TRANSFORMADOR TRIFÁFÁSICO P = 1,732VI ( VA )

CLASSIFICAÇÃO DOS TRANSFORMADORERS: monofásico e trifásico.

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO Definição: Transformador trifásico é um grupo de transformadores monofásicos com o núcleo comum. O uso de um transformador trifásico em lugar de 03 monofásicos tem vantagens e desvantagens, que devem ser consideradas no projeto da sua aplicação. O transformador trifásico tem as vantagens de ocupar menos espaço e de ser sua construção mais econômica; no entanto, para tensões muito altas, a sua construção oferece maiores problemas de isolamento, em comparação com a do monofásico. Um grupo de 3 transformadores monofásicos tem a vantagem de, no caso de um apresentar avaria, os outros poderem funcionar em regime de emergência, fornecendo uma potência reduzida, além de se tornar mais econômica a sua substituição, pois em vez de se substituir toda a unidade, como no caso de um trifásico, substitui-se apenas o transformador que estiver defeituoso.

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TRANSFORMADOR COM DERIVAÇÃO CENTRAL ( center tap ):

Este transformador funciona como se tivesse dois enrolamentos secundários e, portanto as relações entre tensões e correntes e número de espiras são as mesmas de um transformador com 02 enrolamentos. Porém , os terminais centrais dos dois enrolamentos secundários são interligados, fazendo com que as suas tensões sejam defasadas de 180º .

TIPOS DE TRANSFORMADORES: Transformadores Abaixadores: a tensão do primário é maior que a do secundário. Ex : 13.800 V – 220/127 V , 127 V – 12 V. Transformadores Elevadores: a tensão do primário é menor que a tensão secundária. Ex : 13.800 V – 138.000 V; 127V / 220V – 30.000V ( flyback). Transformadores Isoladores: a tensão do primário é igual a do secundário. Tem a função de isolar o circuito primário do circuito secundário.Ex : 60 V – 60 V.

OUTROS TIPOS DE TRANSFORMADORES: Existem outros tipos de transformadores que se destinam a várias aplicações tais como conexão de instrumentos e força são eles:, transformador de corrente(TC), transformador de potencial(TP) e autotransformador.

FORÇA ELETROMOTRIZ OU TENSÃO: As variações da corrente alternada aplicada ao primário produzem um fluxo magnético variável que induz no enrolamento secundário uma tensão (FEM). V1= 4,44 X ∅MAX X F x N1 (V) ou N1= V1 X 108 108 4,44 X F X ∅MAX ∅MAX = fluxo máximo ( Weber) F= freqüência (Hz) N= bobinas (espiras) ∅MAX= B X A B= indução onde se desenvolve o campo magnético A= área retangular ou quadrada.

110REFRIGERAÇÃO DO TRASNFORMADOR:

Os transformadores em operação geram internamente uma grande quantidade de calor que necessita ser levada ao meio externo, a fim de não prejudicar a qualidade da isolação dos enrolamentos. O calor gerado é resultado das perdas ôhmicas nos fios dos enrolamentos, quando o transformador está em carga, e das perdas, em qualquer operação. O calor assim gerado é transferido ao meio de resfriamento interno, que é o óleo mineral isolante, e que em contato com as paredes do tanque ou através dos radiadores é conduzir ao meio ambiente. Os transformadores são designados quanto ao tipo de resfriamento por um conjunto de letras que representam as iniciais de palavras correspondentes ou seja transformar a : _óleo natural com resfriamento natural - ONAN (óleo natural,ar natural). _óleo natural com ventilação forçada - ONAF (óleo( natural, ar forçado). _óleo com circulação forçada do líquido isolante e com ventilação forçada - OFAF (óleo forçado, ar forçado). __óleo com circulação forçada do líquido isolante e com resfriamento a água _ OFWF (óleo forçado, água(water) forçada). _ seco com resfriamento natural – AN( ar natural). _ seco com ventilação forçada _ AF(ar forçado).

MEIO ISOLANTE DOS TRASNFORMADORES: Atualmente são utilizados dois tipos de líquidos isolantes em transformadores fabricados no Brasil: óleo mineral ,óleo silicone e a seco. Os transformadores em óleo mineral são de emprego generalizado em sistema de distribuição de energia e força e em plantas industriais. Os transformadores em óleo silicone são empregados em locais fechados. Os transformadores a seco são de emprego bastante específico por ser tratar de um equipamento de custo muito elevado, comparado aos transformadores em líquido isolante. São empregados mais especificamente em instalações onde os perigos de incêndios são iminentes, tais como refinarias de petróleo, industrias petroquímica e grandes centros comerciais.

EXPECTATIVA DA DURABILIDADE DO TRASNFORMADOR: A vida útil de um transformador está diretamente ligada ao carregamento que sofre ao longo do seu período de operação. A norma NBR 5416/81 publica várias tabelas expressando os carregamentos para expectativa de vida normal que são equivalentes aos carregamentos contínuos com o ponto mais quente a 95 graus no caso de transformadores de 55 graus ou a 110 graus no caso de transformadores de 65 graus. Sendo o transformador um equipamento de custo elevado, normalmente é construído para uma expectativa de vida útil de 30 anos, que é o tempo de depreciação e que corresponde ao colapso dos isolantes imersos no óleo, normalmente o papel, elemento fundamental da isolação. Como a deteriorização do papel é fortemente afetado pela temperatura a que é submetido ao longo do ciclo de carga, fica extremamente difícil a determinação precisa da vida útil de um transformador. Além disso, outros fatores influenciam na vida útil deste equipamento, tais como os curtos-circuitos, sobrecargas não controladas, tensão de alimentação, má utilização do equipamento etc. Para uma expectativa de vida útil de um transformador igual a 30 anos é necessário que a perda de vida anual seja de 3,3%. Quando se fala vida útil de um transformador, ou qualquer outro equipamento

111elétrico, não se pretende dizer, necessariamente, que ele chegue à falha de seus componentes no tempo determinado, porém admite-se que o equipamento perdeu estatisticamente a confiabilidade para poder continuar em operação

EXERCÍCIOS SOBRE: TRANSFORMADOR. 1.0 Quando usamos um transformador ? R: Quando desejamos modificar o valor da tensão e da corrente de uma rede de energia. 2.0 Como é constituído um transformador ? R: É um equipamento estático constituído de 02 enrolamentos isolados entre si, montados em torno de um núcleo de chapas de ferro. 3.0 Qual o nome do enrolamento que é ligado a rede de energia ? R Primário. 4.0 Qual o nome do enrolamento que aparece a tensão e a corrente modificadas ? R Secundário. 5.0 Qual a expressão que nos fornece as relações entre a tensão, corrente espiras? R V1 = I2 = N1 V2 I1 N2 6.0 Calcular o número de espiras do enrolamento secundário de um transformador sendo fornecido

o seguinte: N1 = 4.800 espiras N2 = ? V1 = 2.300 V V2 = 230 V R N1 = V1 N2= N1 x V2 N2= 4.800 X 230 N2 = 480 espiras N2 V2 V1 2.300 7.0 Calcular o valor da tensão no primário de um transformador sendo fornecido:

N1 = 1.500 espiras N2 = 30 espiras V2 = 220 V V1 = ?

R N1 = V1 V1 = N1 x V2 V1 = 1.500 x 220 V1 = 11.000 V N2 V2 N2 30

8.0 Um transformador de 220/125V, tem à disposição um fluxo magnético de 88.000 Weber.

Calcular o número de espiras no primário e no secundário para uma freqüência de 50 Hz. ∅MAX= B X A= 10.000 x 4,2 x2,2 = 88.000 W N1= V1 X 108 = 220 X 108 = 1.126 ESPIRAS 4,44 X F X ∅MAX 4,44 X 88.000 X 50 N2= V1 X 108 = 125 X 108 = 640 ESPIRAS 4,44 X F X ∅MAX 4,44 X 88.000 X 50 9.0 Qual a eficiência de um trafo de potência de entrada 900 Va e 850 Va de saída de potência. Rend = Ps x 100 = 850x100 = = 94% Pe 900

11210.0 Um transformador tem eficiência de 98%. Se ele fornece 198 Va de uma linha de 127 V, qual

a potência de entrada. Rend = Ps x 100 0,98 =198 W = 220Va

Pe Pe

CAP.37: MOTORES ELÉTRICOS. Definição: MOTORES são máquinas que convertem potencia elétrica em potencia mecânica. O motor consiste de duas partes: estator (parte estática) e o rotor (parte rotativa). O estator se encontra ligado à fonte de alimentação. O rotor não está ligado eletricamente à alimentação. Símbolo Geral, norma ANSI, IEC:

MOTORES podem ser em : CORRENTE CONTÍNUA OU CORRENTE ALTERNADA. 1) MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA, são subdividido em: motor Série, Shunt, (paralelo) e Compound (série + paralelo). Símbolo Geral Motor CC norma ANSI, IEC:

Motor série: as bobinas de campo ficam em série com o enrolamento da armadura. Motor Shunt: as bobinas de campo ficam em paralelo com o enrolamento da armadura.

Motor Compound: é uma composição do motor série com o motor shunt.

Os Motores de Corrente Contínua são usados em instalações tais como metrô, trem, ônibus, etc. 2) MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA:

113Símbolo Geral Motor CA norma ANSI, IEC:

Motores de Corrente Alternada podem ser: Síncronos: aqueles que acompanham a velocidade ou freqüência. Assíncronos: não acompanham nenhuma freqüência e operam pôr indução. Os Motores de Corrente Alternada são amplamente utilizados na indústria e podem ser encontrados em diversas potências, formatos e aplicações. Devido o nosso curso ser votado mais para indústria, daremos mais ênfase no estudo dos motores de indução ou assíncronos.

MOTORES DE INDUÇÃO OU ASSÍCRONOS.

Introdução. O motor de indução é o tipo de motor ca mais usado por ser sua construção simples e de boas características de funcionamento.

Funcionamento.

O motor de indução consiste de duas partes: o estator (parte estática) e o rotor (parte rotativa). O estator se encontra ligado à fonte de alimentação CA. O rotor não está ligado eletricamente à alimentação. O tipo de motor mais importante de indução é motor trifásico. Os motores trifásicos possuem três enrolamentos e fornecem uma saída entre os vários pares de enrolamentos. Quando o enrolamento do estator é energizado através de uma alimentação trifásica, cria-se um campo magnético rotativo. À medida que o campo varre os condutores do rotor, é induzido uma fem nesses condutores ocasionando o aparecimento de um fluxo de corrente nos condutores. Os condutores do rotor transportando corrente no campo do estator possuem um torque exercido sobre eles que fazem o rotor girar.

Classificação dos motores de indução:

114Motor de gaiola e Motor de rotor bobinado.

1) Motor de Gaiola. O núcleo do estator é um pacote de lâminas ou folhas de aço provido de ranhuras. Os enrolamentos são dispostos nas ranhuras do estator para formar os três conjuntos separados de pólos.O rotor de um motor de gaiola tem um núcleo de lâminas de aço com os condutores dispostos paralelamente ao eixo e entranhados nas fendas em volta do perímetro do núcleo. Os condutores do rotor não são isolados do núcleo.

Em cada terminal do rotor, os condutores do rotor são todos curto-circuitados, através de anéis terminais contínuos. Se as laminações não estivessem presentes, os condutores do rotor e os seus terminais se pareceriam com uma gaiola giratória.

2) Motor de Rotor Bobinado ou Enrolado.

O rotor de um motor com rotor bobinado é envolvido por um enrolamento isolado semelhante ao enrolamento do estator.

115Os enrolamentos de fase do rotor são trazidos para o exterior aos três anéis coletores montados no eixo do motor O enrolamento do rotor não está ligado a fonte de alimentação. Os anéis coletores e as escovas constituem uma forma de se ligar um reostato externo ao circuito do rotor. A finalidade do reostato é controlar a corrente e a velocidade do motor.

Velocidade. A velocidade do campo magnético rotativo é chamado de velocidade síncrona do motor sendo que: NS = 120F NS= velocidade de rotação do campo magnético rotativo (rpm). P F= freqüência da corrente do rotor (Hz) P= número total de pólos do motor. Um motor de indução não pode funcionar com a velocidade de sincronismo, pois nesse caso o rotor estaria estacionário com relação ao campo rotativo e não seria induzida nenhuma fem no rotor. A velocidade do rotor deve ser ligeiramente menor do que a velocidade de sincronismo, a fim de que seja induzida uma corrente no rotor para permitir a rotação do rotor.

Escorregamento. A diferença entre a velocidade do rotor e a velocidade de sincronismo é chamada de escorregamento e é expressa como uma porcentagem da velocidade de sincronismo. S = (NSS – NR) x100 onde: NS = velocidade do campo ou sincronismo (rpm) NS NR = velocidade do rotor (rpm) S = escorregamento (%)

Freqüência do rotor. Para qualquer valor de escorregamento, a freqüência do rotor é igual à freqüência do estator vezes a porcentagem de escorregamento onde: FR = Sfs FR = freqüência do rotor em Hz. S = escorregamento percentual,escrito na forma decimal. fs = freqüência do estator em Hz.

POTÊNCIA EM CORRENTE ALTERNADA: Monofásico: P = VI COSθ Trifásico: P = √3 VICOSθ FATOR DE POTÊNCIA: é a relação entre a potência ativa e a potência aparente. *Potência aparente: é a potência fornecida S= VI (VA) *Potência reativa: é a potência produzida devido à reatância do circuito. Q=VIsenθ (VAR) *Potência ativa: é a potência disponível para trabalho. P= VI cosθ (W)

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Exemplo: Calcular a potência ativa P de um sistema industrial que recebe uma potência aparente de 100KVA e potência reativa de 30kVAR. S2=P2+Q2 1002=P2+302 1002 – 302=P2 P=95, 4 kW

PARTIDA DO MOTOR: Um motor de grande potência não consegue partir sòzinho devido o conjugado de partida daí ser necessário equipamentos auxiliares de partida dentre estes destacamos: Chave estrela / triangulo. Auto transformador.

VARIAÇÃO DE VELOCIDADE: Atualmente usa-se o CLP.

INVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO: do motor de indução trifásico. No caso de motor trifásico fixamos uma fase a R, por exemplo, e invertemos a fase S com a fase T.

PROTEÇÃO: O circuito de comando e proteção do motor deverá ser constituído por: Fusível, Contator, relé térmico.

ESPECIFICAÇÃO DO MOTOR Tipo de Motor: monofásico, bifásico, trifásico. Tensão Nominal: Exemplo Residencial 110V,220V. Industrial 380V, 440V, 13.800 V, 88.000 V, 138.000 V. Potência Nominal : Exemplo 1 HP, 20 CV, 15 KW Corrente Nominal: Exemplo A, KA. Freqüência Nominal: Exemplo 50 Hz, 60 Hz, etc.

117Tipo de isolamento: Exemplo (a= 90º, b=125º, c=175 º). Grau de proteção: Exemplo IP 54, IP55, ETC.. Fator de Serviço: 1,25

OBS: CV = cavalo a vapor que é a força de elevar um peso de 75 kg a uma altura de 1 m no tempo de 1 segundo. HP do inglês Horse Power.

INSTALAÇÕES DE MOTORES. As duas formas de ligações nos motores trifásicos são: ligação estrela e ligação triângulo. O estator é o “local” onde se aplica a tensão, e este pôr sua vez é constituído de três bobinas (trifásico). Dependendo da forma de ligação dessas três bobinas é que se consegue obter a ligação estrela (Y) ou a ligação triângulo. A ligação estrela na maioria dos casos é efetuada apenas para dar partida ao motor (fazer o motor girar), pois, a corrente de pico do motor é baixa (corrente de pico é a corrente registrada pôr um medidor quando o motor é ligado. Essa corrente é de intensidade maior que a corrente normal), mas, pôr conseguinte, a potência fornecida à carga, também é menor. Na ligação triângulo (Δ) ocorre o contrário da estrela, pois a corrente de pico é alta e a potência fornecida à carga é máxima. A finalidade da corrente de pico ser baixa é evitar que ocorra um alto consumo de energia elétrica. Pôr exemplo:se tivermos dois motores ligados em nossa residência e estes funcionarem permanentemente durante trinta dias, no final do mês será a do motor ligado em triângulo o maior consumo. Pôr isso é que freqüentemente liga-se um motor em estrela e, depois que o motor atinge sua velocidade constante (corrente normal de consumo), muda-se o para triângulo (artifício utilizado pôr contadores) para mantê-lo com máxima potência em corrente normal de funcionamento. Os motores trifásicos podem ser ligados de duas formas distintas, o que dificulta o modo de ligação. Primeiramente ao lidarmos com os motores trifásicos, devemos saber as duas formas de ligação, como estão distribuídas às bobinas no estator (trifásico contém três bobinas no estator) e posteriormente efetuar tal ligação, conforme ilustra a figura 15. Referente às bobinas do estator, estas estão identificadas no motor através de números, ou ainda, marcadas pôr letras.Para saber “quem é quem” das bobinas utiliza-se um multímetro em escala de ohms, ou um outro circuito à parte, de forma que se consiga verificar a continuidade (resistência) existente nas bobinas. Na figura 16 ilustramos um procedimento para teste de identificação das bobinas, caso estas não estejam marcadas no motor.

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Mantém-se fixada a ponta vermelha em qualquer um dos seis pontos existentes e, com a outra ponta, toca-se os outros cinco pontos restantes. Quando a lâmpada acender, estará identificada uma das bobinas desconhecidas (a resistência da bobina é tão baixa que é considerada praticamente curto). No caso acima, supondo que a lâmpada acenda nos pontos 1 e 2, esta será, portanto, a nossa primeira bobina. Identificada a primeira bobina, parte-se às duas restantes. Seguindo o mesmo princípio, mude a ponta vermelha para qualquer outro ponto e identifique, com a outra ponta, a outra bobina. Após serem encontradas as três bobinas efetua-se a ligação que se deseja (estrela ou triângulo). Na figura 17 temos um exemplo de ligação estrela e na figura 18 uma ligação triângulo.

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Os fios marcados pôr R, S, T são as fases da rede trifásica. Normalmente, no invólucro do motor vem explicada em “chapetas” a forma de ligação do motor

(estrela ou triângulo), para que o mesmo trabalhe satisfatoriamente e gire no sentido horário. Porém, quando não existem “chapetas” no invólucro, é importante saber o que ocorre ao se inverter uma das bobinas. Na ligação correta, o motor gira no sentido horário. Se ocorrer “ronco” no motor e este girar no sentido horário, significa que uma das bobinas foi ligada invertida.

MOTORES MONOFÁSICOS. Motores monofásicos são motores de potência fracionária. Mas os motores monofásicos são também construídos nos tamanhos de potências inteiras:1,5; 2; 3; 5; 7,5, 10HP para redes monofásicas de 127V, 220V ou 440V para as unidades de 7,5, 10HP. Utilizando-se motores-série monofásicos, de potências inteiras, em tamanhos que vão desde centenas a milhares de HP em serviços de tração elétrica. O rotor de qualquer motor de indução monofásico é intercambiável com o de um motor do tipo gaiola polifásico. Não há ligações físicas entre o rotor e o estator. Um enrolamento monofásico simples não produziria campo magnético girante nem torque de partida. É necessário, portanto, modificar ou dividir o enrolamento do estator em duas partes, cada uma delas deslocadas no espaço e no tempo no estator. Assim há dois enrolamentos, em paralelo, ambos ligados à mesma fonte de CA monofásica. Um deste enrolamento do estator, de impedância apreciável para manter baixa a corrente de funcionamento, é chamado de enrolamento principal ou de funcionamento e distribuído nas ranhuras, uniformemente, espaçado em volta do estator. O outro enrolamento, em paralelo com

120o enrolamento principal, é o enrolamento auxiliar de partida, que é também distribuído uniformemente em volta do estator, mas que começa em ranhuras defasadas de 90 graus elétricos do início do enrolamento principal. O enrolamento auxiliar tem, normalmente, sua corrente e impedância ajustadas em relação à tensão de linha, de modo que a corrente deste enrolamento (de partida) esteja adiantada em relação à corrente do enrolamento principal, não necessariamente de 90 graus, mas o suficiente para que haja um defasamento no tempo, uma vez que já há no espaço.

MOTOR DE FASE DIVIDIDA COM PARTIDA A CAPACITOR. Os motores com partida a capacitor são motores reversíveis. Se os desligamos temporariamente da fonte, a velocidade do motor cai até um escorregamento de 20% ( quatro vezes o escorregamento nominal de 5%) e fecha-se a sua chave centrífuga. Se, ao mesmo tempo, inverte-se a polaridade do enrolamento auxiliar em relação à do enrolamento principal, e se o religamos à linha, estabelecer-se-á um campo rotacional bifásico no sentido oposto ao da rotação do rotor. No motor com partida a capacitor, assim, o torque bifásico ou de campo dividido excede o torque à fem de velocidade monofásica, produzida pelo campo cruzado do rotor. O campo girante no sentido inverso ao da rotação do rotor diminui lentamente a velocidade do motor (reduzindo ainda mais a sua fem de velocidade e o torque do campo cruzado), faz com que ele pare e o faz girar no sentido oposto. O motor acelera até 20% do seu escorregamento no sentido oposto: e, quando se abre sua chave centrífuga, o motor atinge sua velocidade nominal como um motor de indução monofásico no sentido oposto.

Motores de partida a capacitor e potência inteira são normalmente dotados de dupla tensão e podem ser utilizados em 115V (enrolamento em paralelo) ou 230V (enrolamento em série). Devido ao seu torque de partida mais elevado, utilizam-se os motores de fase dividida, com partida a capacitor, para acionar bombas, compressores, unidades refrigeradoras, condicionadores de ar, de maior porte, onde se requeiram motores monofásicos que desenvolvam torques de partida elevados, ou seja necessário a inversão do motor.

121PROVÁVEIS DEFEITOS EM MOTORES.

TIPO DE MOTOR. FASE DIVIDIDA

MONOFASICO. CA PARTIDA A CAPACITOR

POLIFÁSI- CO. CA (02 OU 03 FASES)

MOTORES DE ESCOVAS (UNIVERSAL,SÉRIESHUNT,COMPOS-TO)

SINTOMA PROVÁVEL Não parte. Nem sempre parte,mesmo sem carga,mas funciona em qualquer sentido,se lhe for dado partida manual. Parte,mas se aquece rapidamente. Parte, mas funciona muito quente. Superaquece. Funciona arrastado não atinge a velocidade, faísca severamente nas escovas. Redução na potência, o motor se sobreaquece. O motor queima fusíveis, ou não para quando a chave é colocado na posição desligado. Vibração séria.

CAUSAS 1,2,3,5 3, 5 6,8 3,5,8 8,16,17 8,18

CAUSAS 1,2,3,4,5 3,4,5 6,8 3,4,5,8 8,16,17 8,18

CAUSAS 1,2,9 9 8 8,9 8,16,17 8,18

CAUSAS 1, 2, 12, 13 8 10,11,12,13,14 13,16,17 18,19 10,11,12,13,19

CAUSAS 1- Ligação à linha aberta. 2- Circuito aberto no enrolamento do motor. 3- Contatos da chave centrífuga não fechada. 4-Capacitor defeituoso. 5- Enrolamento de partida interrompido. 6-Chave centrífuga de partida não desliga. 7- Motor sobrecarregado. 8-Enrolamento curto-circuitado ou aterrado. 9- UM ou mais enrolamentos abertos. 10-Mica alta entre as teclas do condutor. 11-Comutador sujo ou excêntrico. 13-Escovas gastas ou molas de escovas fundidas. 14-Escovas sujas de óleo. 15-Circuito do enrolamento de derivação aberto. 16-Rolamentos empenados ou muito apertados. 17-Interferência entre elementos girantes. 18-Aterramento próximo ao terminal do enrolamento. 19-Enrolamento da armadura em curto.

MANUTENÇÃO DOS MOTORES.

A manutenção preventiva e as técnicas de inspeção rotineira conservam e prolongam a vida das máquinas elétricas. As máquinas do tipo de indução requerem apenas lubrificação periódica,

122enquanto que algumas equipadas com mancais autolubrificados não necessitam nem mesmo lubrificação. Motores-série de elevadas velocidades (CC, CA ou universais) não devem ser selecionados para ciclos de trabalho longos ou contínuos, uma vez que o severo faiscamento das escovas pode implicar em freqüentes limpezas do comutador e substituição das escovas. Na lubrificação de máquinas elétricas, o excesso de óleo pode ser tão prejudicial como a lubrificação insuficiente. Comutadores sujos de óleo ou escovas encharcados podem resultar num faiscamento severo nas máquinas a comutador.Vazamento de óleo sobre o estator, de máquinas CA,e CC. A maior parte das máquinas elétricas requer um mínimo de manutenção que se restringe apenas a uma pequena lubrificação. Mas muitos tipos de motores fracionários monofásicos, dos tipos de fase dividida são equipados com chaves centrífugas, que podem ser fonte de problemas que avariem seriamente o motor. Se um mecanismo centrífugo emperra na posição de partida, o enrolamento de partida se sobreaquece e o motor não consegue atingir a velocidade nominal. Por outro lado, os contatos das chaves podem se apresentar grudados ou oxidados, ou mesmo gastos. Tais mecanismos devem então ser substituídos, ao invés de consertados. Uma vez que a manutenção normalmente é restrita a uma mera rotina de lubrificação, a inspeção, torna-se um fator importante para prolongar a vida da máquina, e não deve ser, pois ignorada.

MOTOR DE PASSO. Definição: “ O princípio básico de funcionamento de um motor de passo não difere muito dos outros tipos de motores; conjuntos de bobinas criam campos magnéticos pela passagem de uma corrente elétrica. Estes campos interagem estabelecendo forças, que movimentam as partes móveis do motor”. A diferença básica entre um motor de passo e um motor comum está no modo como suas bobinas são energizadas. Isso ocorre porque os motores de passo não devem girar, mas também ter seus eixos posicionados de forma precisa, conforme a aplicação a que se destinam. Os motores de passo, ao contrário dos motores comuns, são utilizados em aplicações onde muito mais importante do que a força é a precisão do posicionamento de seu eixo. Na verdade, os motores de passo são algo lentos e pouco potentes, devendo ser usados em aplicações em que essas características não sejam tão fundamentais quanto a precisão. 1.0 Principio de funcionamento: Os motores de passo convertem informação digital em movimento ou posição. Eles são diferentes dos motores comuns neste ponto, porque, enquanto os motores comuns são controlados pela corrente que atravessa seus enrolamentos, os motores de passo são controlados digitalmente. É o nível lógico dos sinais aplicados aos seus enrolamentos que determina o movimento ou posicionamento de seus eixos.

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O modo como as suas bobinas são montadas internamente e sua quantidade determina m a sua maneira de funcionar. O tipo mais comum de motor de passo é o de 04 fases, se bem que também possamos encontrar em algumas aplicações tipos de 02 e de 06 fases.

O motor de passo de 04 fases, possui 04 bobinas, ligadas duas a duas com um terminal comum. Isso faz com que este tipo de motor seja facilmente identificado, pois possui 06 fios de conexão. Na operação normal, os fios comuns aos enrolamentos são conectados ao pólo positivo de uma fonte de alimentação. Estas fontes, para a maioria dos casos, são de 12V e as correntes exigidas pelos variam tipicamente entre 100 e 500 mA, de acordo com o tamanho do motor. Cada enrolamento é energizado quando a extremidade livre é aterrada por um momento. Cada vez que um enrolamento é energizado, o eixo se movimenta um passo, ou uma fração da volta completa. Evidentemente, o movimento do eixo, girando em um sentido ou em outro, irá depende do modo segundo o qual os enrolamentos serão energizados. Se energizamos os enrolamentos em seqüência,o eixo irá se movimentar rodando no sentido correspondente.

Uma outra forma de obtermos movimento rotativo do eixo é energizamos os enrolamentos pelo sistema ON/OFF. Nesta forma de energização temos a aplicação combinada de sinais nas bobinas de tal forma a ligar e desligar cada bobina em tempos certos. Deste modo, então, que

124tanto o posicionamento do eixo em cada passo como sua velocidade de rotação vão depender do modo como os sinais de controle são aplicados às diversas fases. Outro fato relevante a ser observado em relação aos motores de passo é que,e mantivermos Uma fase energizada, o motor vai ficar estacionado ou travado de modo firme na posição correspondente . Assim, além d podermos comandar o motor através de pulsos, é possível também paralisá-lo numa posição usando comandos digitais. Ao usar um motor de passo é importante observar qual tipo de seqüência é a recomendada pelo fabricante para sua operação normal. 1.0 CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE PASSO. Para trabalharmos com o motor de passo precisamos saber a sua especificação básica tal como: 2.1 Tensão e Corrente. Os motores mais comuns são os de 12V, temos também os que operam com tensão de 5V e 6V. As correntes indicadas são as que circulam pelas bobinas quando a tensão nominal é aplicada.Podemos então em função da corrente e da tensão calcular a resistência do enrolamento, usando a Lei de Ohm. Deste modo um motor de 12 v que possui uma corrente de 500 mA terá uma resistência por fase de: R=V/I R=12/0,5 R=24Ω Este cálculo é importante, pois com um multímetro podemos identificar os enrolamentos e também determinar as características de um motor que não tenha informações completas sobre suas condições de funcionamento. A tensão e a corrente também permite calcular a potência elétrica exigida para o acionamento de cada enrolamento. 2.3 Ângulo de Passo. Quando energizamos uma bobina de um motor de passo, o eixo gira de um certo ângulo, ou seja, dá um passo. O ângulo desse passo pode variar entre 1,8 e 90 graus. Em um motor de passo de 90 graus por passo,por exemplo, bastam quatro pulsos de controle para que ele dê uma volta completa. Já, em um motor de 1,8 graus de passo são necessários 200 pulsos para que ele dê uma volta, completa. Os motores de passo de 1,8 graus são os mais comuns. 2.4 Freqüência dos pulsos. Os motores de passo não se destinam à propulsão de veículos ou movimentação de mecanismos com grande velocidade nem à realização de esforços muito grandes. Assim, existe um limite para a velocidade com que eles podem rodar e, portanto, para a freqüência máxima de pulsos que lhes pode ser aplicada. Aplicando pulsos à razão de 200 por segundo em um motor que tenha um passo de 1,8 graus, teremos uma rotação por segundo ou 1rpm. Isso porque: 200x1,8=360 graus ou uma volta completa! Conhecendo o ângulo do passo e a freqüência dos pulsos, torna-se muito simples calcular a rotação.

125 Para aplicações em que a velocidade é mais importante, outros tipos de motores são mais recomendados. 2.5 Torque. Os motores de passos não se destinam à produção de grandes esforços. O torque típico de um motor de passo é de apenas alguns gramas por centímetro. Para propulsão de mecanismos pesados nunca devemos usar motores de passo. 2.6 Efeito de frenagem. Se a corrente de um enrolamento for mantida depois de um pulso de comando, o motor não pode continuar girando, mesmo que seja forçado mecanicamente a isso. Manifesta-se uma força que mantém o motor naquela posição. Este efeito pode ser usado para frear o motor. Essa é uma propriedade fundamental que pode ser aproveitada em muitos projetos.

EXERCÍCIOS SOBRE: MOTORES. 1.0 Como podem ser classificados os motores? R Motores de corrente alternada e motores de corrente contínua. 2.0 Definir motores síncronos? R São motores que acompanham a freqüência. 3.0 Como são os motores assíncronos? R Operam pôr indução e não acompanham nenhuma freqüência. 4.0 Onde são utilizados os motores de corrente contínua? R metrô, trens, etc. 5.0 Onde são utilizados os motores de corrente alternada? R Nas indústrias de um modo geral. 6.0 O que são motores universais? R São motores que podem funcionar em CC ou CA, sem prejudicar suas características de velocidade e conjugado de partida. 7.0 Onde são empregados os motores universais? R São motores de potência menor que um CV, instalados em barbeadores, ventiladores, enceradeiras, máquinas de costuras, etc. 8.0 Quais são os dois circuitos básicos de funcionamento dos motores? R Estator que é a parte estática. Rotor que é a parte girante. 9.0 Quais são as duas formas de ligação dos motores trifásicos? R Estrela, e triângulo. 10.0 Quantas bobinas são composto o motor trifásico e o motor monofásico? R Trifásico 03 bobinas.

126 Monofásico – 01 bobina. 11.0 Como deve ser feita a especificação de um motor / R - Tipo de motor (indução, síncrona). Potência nominal (CV, HP, KW). Tensão nominal (127 v, 220 v, 440 v)Corrente nominal (A). Freqüência (60 hz ou 50 hz).Velocidade (em rpm).Fator de serviço .Tipo de isolamento (a= 90º, b=125º, c=175 º). 12.0 Um motor de 04 pólos de 60 Hz, em gaiola tem uma velocidade de 1.754 rpm com carga

máxima. Qual o escorregamento porcentual com carga máxima? Velocidade de sincronismo. Escorregamento. N= 120f = 120 x 60 = 1800 rpm S = (NSS – NR) x100=1800 - 1754 x100 = 46 = 2,6% p 4 NS 1800 1800 13.0 Um escorregamento de 2,6 por cento do motor de indução e uma freqüência de 60 Hz, qual a

freqüência do rotor? FR = Sfs FR= 0,026 X 60 = 1,56 Hz 14.0 Calcule a potência de um motor de indução trifásico de V=220V, I=10 A, COS θ=0,90 P = √3 VICOSθ = 1,732 X 220 X 10 X 0,90 = 3.429,36 W 15.0 Calcular a potencia de um motor série de cc em CV de: v=220V, i=20 A Resp. 6 cv

16.0 Calcular o rendimento do MIT Ps= 850W, Ps= 900W Resp. 94,4% 17.0 Calcular a potencia de um motor de indução monofásico em CV de: V=220V, I=5 A, FP=0,80 Resp. 1,2 cv CAP.38: GERADOR ou ALTERNADOR. Os geradores de corrente alternada também são chamados de alternadores. Hoje toda energia elétrica consumida nas residências e industrias é formada pelos alternadores das usinas que produzem eletricidade. O tipo de usina mais empregado no Brasil é a hidrelétrica, em menor escala temos a usina termoelétrica e as usinas nucleares. Definição: O gerador elétrico é um aparelho que transforma em energia elétrica qualquer outro tipo de energia. Um alternador simples é formado por (1) campo magnético forte e constante; (2) condutores que giram através do campo magnético e: (3) alguma forma de manter uma ligação contínua dos condutores à medida que eles giram. O campo magnético produzido pela corrente que flui pela bobina de campo estacionário ou estator. A excitação para a bobina de campo é formada por uma bateria ou qualquer outra fonte de corrente contínua. A armadura ou rotor, gira dentro do campo magnético. Para uma única espira em volta do rotor, cada extremidade é ligada a anéis coletores separados, isolados do eixo.

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Duas escovas são pressionadas através de molas contra os anéis coletores de modo a manter uma ligação contínua entre a corrente alternada induzida no rotor e os circuitos externos.

A quantidade de tensão gerada por gerador de corrente alternada depende da intensidade do campo e da velocidade do rotor. Como a maioria dos geradores funciona com velocidade constante, a quantidade de fem produzida depende da excitação do campo.

1)FREQÚÊNCIA. A freqüência da fem gerada depende do número dos pólos do campo e da velocidade de funcionamento do gerador . F = pn onde: f = freqüência da tensão gerada em Hz. 120 p = número de pólos. n = velocidade do roto, rotações por minuto (rpm).

2) REGULAÇÃO. Regulação de um gerador de corrente alternada é o número é o aumento percentual na tensão do terminal à medida que a carga vai sendo reduzida da corrente especificada para carga máxima até zero, mantendo-se a velocidade e a excitação constantes.

128Regulação de tensão = tensão sem carga – tensão com carga máxima Tensão com carga máxima

3) RENDIMENTO OU EFICIÊNCIA. Um gerador de corrente alternada em funcionamento possui perdas no cobre da armadura, perdas no cobre da excitação de campo e perdas mecânicas, em virtude disto o seu rendimento sempre será menor que 100%. R = POT. DE SAÍDA POT. DE ENTRADA

4) GERADORES EM PARALELO.

Nas usinas os geradores são ligados em paralelo para aumentar a potência disponível, mas só podemos liga-los em paralelo nas seguintes condições: a)As tensões nos seus terminais sejam iguais. b)Suas tensões estejam em fases. c)Suas freqüências sejam iguais.

5)GERADORES EM SÉRIE E EM PARALELO. Vale as mesmas regras das pilhas e baterias, uma vez que pilhas e baterias são um tipo de gerador químico.

EXERCÍCIOS SOBRE: GERADOR. 1- Qual a freqüência do alternador de 04 pólos funcionando a uma velocidade de 1500 rpm ? R F = PN 4X1500 = 50 Hz

120 120

2- Um alternador funciona com 120 V sem carga. Aplica-se a seguir uma carga ao alternador. A tensão de saída cai para 110 V . Qual a sua regulação ? Regulação = tensão sem carga – tensão com carga máxima = 120-110 =10 = 0,091 x100= 9,1% Tensão com carga máxima 110 110 3- Um motor de 2 HP funcionando com a saída especificada de um alternador que tem uma carga de 1,1 KW. Qual a eficiência do alternador? R Potência de entrada 2 HP X 746 W = 1492 W potência de saída 1,1 KW = 1.100 W HP Rend = pot. Saída x100 = 1.100x100 = 73,7% Pot. entrada 1.492

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CAP.39: COMANDO E PROTEÇÃO DOS CIRCUITOS. Definição:

a) Comando são os equipamentos que vão permitir ou não a circulação de corrente no circuito elétrico.

b) Proteção são os equipamentos que vão proteger os condutores e os equipamentos ligados nestes condutores.

MATERIAIS DE COMANDO DOS CIRCUITOS.

Sendo a interrupção da passagem da corrente por seccionamento. É feita por aparelhos de Comando, são eles: as chaves de faca simples, os contatores, disjuntores, interruptores etc. Eles permitem o controle dos circuitos pelo desligamento da corrente para operação ou manutenção.

MATERIAS DE SECCIONAMENTO DE CIRCUTO. São dispositivos cuja função é seccionar um circuito, ou seja corta-lo, com a finalidade de separar um trecho para manutenção, desenergizar um aparelho ou cortar a energia de alimentação de um trecho em condição de curto-circuito.

CHAVES SEPARADORAS. Definição: São as dimensionada para interromper apenas pequenas correntes (devem ser abertas com o circuito desenergizado), apesar de poderem conduzir a corrente nominal para a qual foram fabricadas.

130 DISJUNTORES. Definição: São dispositivos de seccionamento com capacidade para interromper não apenas corrente nominal mais também corrente muito superior, em condições de falta (curto-circuito). São utilizados em baixa tensão ou alta tensão com abertura em ar ou óleo. Os disjuntores termomagnéticos de baixa tensão são os mais utilizados atualmente em quadros de distribuição, em lugar de chaves de faca com fusíveis. Tais disjuntores cumprem três funções bem distintas: • Abrir e fechar os circuitos. • Proteger a fiação ou os aparelhos contra sobrecarga, através de dispositivo térmico. • Proteger a fiação contra curto-circuito, através de dispositivo magnético. CHAVE SECCIONADORA. Definição: As chaves seccionadoras devem ser robustas com contatos que devem permitir a passagem de altas correntes sem sofrer aquecimento. Encontramos este tipo de chaves nas subestações de A T que em sua maioria são de acionamento automático. Nas linhas de distribuição existem chaves seccionadoras de acionamento manual.

CheckBox1 CONTATORES. Definição: Os contatores, também chamados de ou telerruptores, são chaves magnéticas que permitem o comando de um circuito à distância, ligando ou desligando um circuito sob carga

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Podem ser acompanhados de relés de proteção contra sobrecarga, vindo então a constituir um disjuntor. Possuem contatos auxiliares para comando, sinalização e outras funções. Os contatores são usados para manobra de motores, comando de circuitos auxiliares e cargas diversas operando em corrente alternada ou contínua. Marcação dos terminais. A marcação dos terminais é normalizada por normas como a (IEC). Contatos Principais: Os terminais de entrada (fonte de alimentação) , são identificados com algarismos, 1, 3 e 5 (linha) e os terminais de saída com algarismos 2, 4 e 6.

Contatos auxiliares: Os contatos auxiliares são identificados através de dois dígitos numéricos, o primeiro dá a localização, e o segundo a função.

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Terminais das Bobinas: Terminais das bobinas são identificados por letras e índices.

BOTOEIRA. Definição: É um botão de comando que opera manualmente por pressão, com contatos NF ou NA o NF, abre o circuito quando apertado o NA, fecha o circuito quando apertado.

CHAVE FIM DE CURSO. Definição:

133Um equipamento eletro-mecânico automático que utiliza uma ferramenta que deve repetir a operação no local onde desejamos que a operação seja interrompida, atua uma chave que desliga o equipamento ou inverte a operação. Por esta chave estar localizada exatamente no ponto de inversão da operação ou parada, é chamada de chave fim de curso.

MATERIAIS DE PROTEÇÃO DOS CIRCUITOS.

Os condutores e equipamentos que fazem parte de um circuito elétrico devem ser protegidos automaticamente contra curto-circuito e contra sobrecargas( intensidade de corrente acima do valor nominal que poderia danificar a isolação dos condutores ou danificar os equipamentos).Estes equipamentos podem ter a função de:

a) Apenas proteção sobre curto-circuito, temos os fusíveis , os disjuntores etc. . b) Apenas proteção contra sobrecarga temos os relés, etc. c) Proteção contra sobrecarga e sobre curto-circuito temos os disjuntores termomagnéticos, etc. .

FUSÍVEIS. Definição: É um componente composto de um corpo de material isolante dentro do qual encontra-se o elemento de fusão (ou seja o elo de fusão) que tem a função de interromper o circuito em condições anormais. Pode ser do tipo: rolha, cartucho,faca, diazed, NH. Especificação do fusível:

a) Tensão nominal, é o valor da tensão máxima onde o fusível será empregado. b) Corrente nominal,é o valor da corrente ao qual o fusível não deve apresentar aquecimento

excessivo. c) Corrente de curto-circuito, é a corrente máxima que pode circular no circuito, e que deve ser

desligada instantaneamente. d) Resistência de contato,depende do material e da pressão exercida. A resistência de contato

entre a base e o fusível é a responsável por eventual aquecimento, devido à resistência oferecida na passagem da corrente.

Classificação dos fusíveis: Fusível rápido e retardado.

134a)Fusível rápido é empregado onde o circuito não ocorre variação considerável de corrente entre a fase partida e o regime normal de funcionamento. Ex. lâmpadas. b)Fusível retardado é utilizado em circuito onde ocorre variação de corrente considerável. Ex. partida de motores.

FUSÍVEL TIPO ROLHA. São fabricados desde 6 a 30 Ampères. Atualmente vem sendo desativado, devido a sua substituição por disjuntores. FUSÍVEL CARTUCHO. São de dois tipos: cartucho tipo virola e cartucho tipo faca. Cartucho tipo virola são fabricados desde 10 a 60 Ampères . Cartucho tipo faca são fabricados desde 80 a 600 Ampères . FUSÍVEL DIAZED. Os fusíveis limitadores de corrente diazed devem ser utilizados preferencialmente na proteção dos condutores de redes de energia elétrica e circuito de comando. São fusíveis retardados e apresentam elevada capacidade de ruptura. Corrente nominal varia de 2 a 63 A e corrente de curto-circuito de até 70.000 A. Podemos ter dois tipos de fusível diazed: Diazed tipo rápido: o elemento fusível funde rapidamente com a passagem da corrente de curto-circuito. Diazed tipo retardado: possui um tempo de fusão em função da corrente de curto-circuito, maior do que o diazed rápido.

FUSÍVEL NH.

135São limitadores de corrente, reúnem as características de fusível retardado, para corrente de sobrecarga, e de fusível rápido para corrente de curto-circuito. Protegem os circuitos contra curto-circuito e também contra sobrecargas de curta duração, como acontece na partida de motores de indução. Fabricam-se fusíveis de 6 até 1000 A . Não devem ser retirados ou colocados, com a linha em carga. Para remover o fusível do circuito, existe uma ferramenta chamada punho.

ISOLADORES. Definição: São de variados tipos e tamanhos, a fim de melhor cumprirem sua finalidade; apoiarem e fixarem os condutores às estruturas e isola-los eletricamente das mesmas. Nas linhas abertas, nas quais os condutores não são contidos em eletrodutos, calhas,ou canaletas, há necessidade de fixa-los às estruturas por isoladores. Tipos de isoladores: ISOLADORES DE CARRETEIS. São isoladores de porcelana para uso ao tempo ou abrigado em instalação de baixa tensão As armações verticais possibilitam as fixações em parede ou poste.

ISOLADORES DE PINO. São usados para ampla faixa de tensões de serviço, para uso ao tempo ou abrigado. São usados em linhas aéreas fixadas a postes ou torres metálicas.

ISOLADORES DE CADEIA. Em linhas de transmissão, nas quais a tensão é muita elevada, usam-se pencas de isoladores de suspensão que podem ter vários metros e ser construídas de mais de dez isoladores. Esses

136isoladores são de porcelana ou de vidro temperado e podem ser associados em série, formando as pencas.

CAP.40: DIAGRAMA DE COMANDO E PROTEÇÃO. Definição: Quando desenhamos um esquema elétrico, temos o objetivo de mostrar como se deve instalar um determinado circuito. O diagrama esquemático mostra se o circuito é trifásico, bifásico ou monofásico, quais são os fios fase e também identificar os seus dispositivos. Tipos de Diagramas. Multifilar Completo. Neste tipo de diagrama as representações são muito detalhadas. Apesar de ser bem detalhado, dificulta na interpretação devido ao grande número de componentes. Esquema Unifilar. Também chamado de unipolar, é muito simplificado e só mostra as ligações (não mostra o circuito de comando). Diagrama de Comando O diagrama de comando mostra os botões, botoeiras e chaves de comando. Diagrama Principal. É um diagrama multifilar que representa a alimentação da carga, motor ou máquina. Em um diagrama principal as letras representam o componente e o número na frente indica a qualidade de contatos INTERPRETAÇÃO DE DIAGRAMAS. Em um diagrama de comando o primeiro conceito é saber que os diagramas indicam sempre que o circuito está desenergizado. Quando se trata de contatos, utilizam-se as letras NA (normalmente aberto) e NF (normalmente fechado). O diagrama sempre deverá indicar o contato, que tipo ele é sua localização no circuito.

CIRCUITO: CHAVE ESTRELA - TRIÂNGULO. Definição: Esta chave é utilizada para diminuir o pico de corrente proveniente da partida de um motor. A partida de motor trifásico deve ser feita inicialmente em conexão estrela e, depois é passado para a conexão triângulo. A chave estrela – triângulo pode ser manual ou automática. É óbvio que o motor deve ter a possibilidade de ligação em dupla alimentação, ou seja de ter 06 fios, 03 para cada modo. Pode ser utilizada em motores de potência de:5CV a 400CV. O enrolamento de cada fase tem suas duas pontas trazidas para fora do motor.

137Se ligarmos as 03 fases em triângulo, cada fase receberá a tensão total da linha (220v). Se ligarmos as 03 fases em estrela, o motor pode ser ligado a uma linha com tensão igual a 380v sem alterar a tensão no enrolamento, que continua igual a 220v por fase. Na verdade, a tensão da rede não se modifica. Mas quando na partida em estrela, a tensão será dividida pela raiz quadrada de 3. Ou seja, em vez de 380v, serão 220v. Vamos descrever aqui a função de cada componente no circuito: C1 é o contator estrela. C2 é contator de linha. C3 é contator triângulo. D1 é o relé de tempo. E2 é o relé térmico. M é um motor trifásico de gaiola com 06 fios de saída.

CAP.41: FILTROS DE FREQUÊNCIA. Definição: A corrente de um circuito eletrônico contém várias componentes de frequência. A função de um circuito de filtro é efetuar uma determinada separação destas componentes. Assim um filtro pode ser usado para separar as componentes de correntes contínuas das de correntes alternadas ou para separar grupos de componentes de correntes alternadas por faixas de freqüências. Para conseguir esta finalidade, o filtro deve apresentar baixa atenuação (oposição) para componentes de freqüência dentro de uma faixa particular, a faixa de passagem, e alta atenuação em freqüência dentro de outras faixas, as faixas atenuadas.

138Circuitos de filtros (filtro passa baixa e filtro passa alta).

Filtros são classificados de acordo com as suas características. Filtro passa-baixa transmite todas as freqüências abaixo de uma freqüência limite chamada freqüência de corte fco e barra as freqüências mais altas que a freqüência de corte ; o filtro passa-baixa deixa passar as freqüências as contidas numa faixa entre duas freqüências de corte e elimina as freqüências que ficarem acima e abaixo dos limites da faixa: o filtro corta faixa barra as freqüências que ficam dentro de uma faixa, deixando passar todas as demais.

FILTRO PASSA BAIXA. Na entrada, as altas freqüências encontram uma reatância indutiva elevada em L e uma baixa reatância capacitiva em C. Assim as altas freqüências são detidas por L e postas em curto circuito por C. As freqüências baixas encontram fraca oposição em L e alta oposição em C. Por conseguinte as baixas frequ6encias passam da entrada para a saída. Um filtro passa baixa destina-se a conduzir todas as freqüências críticas pré-determinada ou freqüência de corte e a reduzir ou atenuar as correntes de todas as freqüências acima desta freqüência. Nesse filtro passará também a freqüência que se encontra no ponto de corte.

FILTRO PASSA ALTA

As baixas freqüências deparam com uma reatância capacitiva alta em c e uma reatância indutiva baixa em L . As altas freqüências uma diminuta oposição em C e alta oposição em L. Por conseguinte as altas freqüências passam da entrada para a saída. Um filtro passa alta destina-se a deixar passar correntes de todas as freqüências acima do ponto de corte e a atenuar todas as freqüências acima do ponto de corte.

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CAP.42: SENSORES Definição: Sensor é um dispositivo que transforma uma forma de energia em outra, normalmente a energia elétrica, que é mais apropriada ao processamento por circuitos eletrônicos. Por exemplo um microfone é um sensor, uma vez que converte vibrações sonoras em sinais elétricos. Um outro exemplo de sensor é o interruptor de pressão, pois converte a pressão mecânica dos dedos em um sinal de comando para um circuito. Podemos ter vários tipos de sensores tais como: mecânicos, magnéticos,de toque, resistivos,de pressão,ópticos, de aproximação,acústicos,de gás,etc. 1.0 SENSORES MECÂNICOS: Definição: Um interruptor de pressão pode ser usado como um sensor que detecta quando um braço chega a uma posição de fim-de-curso, ou quando um robô encostado em um obstáculo. Esse sensor é do tipo sim ou não ou ON/OFF, pois só consegue enviar dois tipos de comando. Encostado ou não, pressionado ou não. Adaptando alavancas ou outros dispositivos mecânicos, podemos usar os interruptores nas mais diversas aplicações. É possível usa-los para detectar quando um robô bate em um obstáculo, quando parte de uma máquina não pode ir mais adiante(chave fim-de-curso, como por exemplo em um portão eletrônico. Existem vários tipos de interruptores de pressão que são fabricados para serem usados como sensores. Um deles é o micro-switch que já possui uma pequena alavanca para operar com um mínimo de esforço. Esse sensor pode ser empregado como detector de fim-de-curso, detector de batidas,detector de batidas, etc.

2.0 SENSORES MAGNÉTICOS: Definição:

140O tipo mais comum é o interruptor de lâminas ou reed-switch. Esse sensor é formado pôr lâminas em um bulbo de vidro com gás inerte. O gás inerte é usado para prolongar a vida dos contatos, evitando a oxidação. podemos ter sensores com duas ou mais lâminas. No tipo NA, as lâminas estão afastadas uma da outra de modo a manter o circuito aberto. No tipo com contatos reversíveis, a lâmina C se mantém encostado na lâmina NF. Quando um campo magnético atua sobre o componente, a lâmina C muda de posição e encosta no contato NA. Quando o campo magnético de um ímã age sobre as lâminas magnetizando-as, aparece uma força de atração que une essas lâminas, fechando o circuito em que o dispositivo está ligado.Podemos usar este tipo de sensor como uma chave fim-de-curso ou para detectar a posição de um objeto.

3.0 SENSORES ÓPTICOS: Definição: São sensores que convertem a luz em outra forma de energia. 3.1 FOTODIODOS: Quando a luz incide numa junção semicondutora polarizada no sentido inverso, portadores de carga são liberados provocando uma pequena corrente de fuga. Essa corrente, tem sua intensidade dependente da intensidade da luz incidente. 3.2 FOTOTRANSISTORES: Os fototransistores operam segundo o mesmo princípio dos fotodiodos. A diferença está no fato de que aproveitamos a corrente de fuga entre o coletor e o emissor do componente, a qual depende da luz que incide em sua pastilha de material semicondutor. 3.3 LDR OU FOTO-RESISTORES ( VARISTORES). LDR (Light Dependent Resistor) são componentes sensíveis à luz. Eles possuem uma superfície sensíveis (sulfeto de cádmio) que apresenta uma resistência muito alta na presença da luz, mas que cai quando escurece. Na presença da luz a resistência é da ordem de milhões de ohms, caindo para centenas ou dezenas de ohms no escuro. O LDR é usado como sensor de luz em inúmeros equipamentos eletrônicos.

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APLICAÇÃO:

No controle automático de iluminação, que acende as luzes de um local quando escurece as apaga quando clareia. Por exemplo à iluminação pública. 4.0 SENSORES RESISTIVOS. Definição: São transdutores que convertem uma grandeza analógica em outra grandeza analógica. VDR(VARISTORES). São resistores dependentes da tensão fabricados com óxido de zinco. Eles possuem uma resistência que muda com a tensão aplicada. Essa resistência cai rapidamente possibilitando a circulação de correntes intensas quando a tensão ultrapassar determinado valor. Quando a tensão sobre o VDR for baixa, sua resIstência é alta. Quando a tensão sobre o VDR for alta, sua resistência é baixa.

A especificação de um VDR é a sua tensão de operação, ou a tensão em que ele se torna condutor. Para os componentes mais comuns, essa tensão varia entre 18 a 1.800 volts. A sua utilização como protetores de linha de alimentação de aparelhos sensíveis como computadores, com a finalidade de absorver transientes e picos de alta tensão que possam estar presentes na energia. 5.0 SENSORES DE APROXIMAÇÃO: 5.1 Sensor Capacitivo. Definição: Os sensores de aproximação atuam quando o objeto detectado se aproxima a uma certa distância.O sensor de aproximação mais usado é o Capacitivo. O que temos é uma antena ou placa que se comporta como uma das placas de um capacitor. A outra placa do capacitor é representada pelo objeto que vai ser detectado. Assim, quando o objeto se aproxima, a capacitância aumenta. Se a placa estiver ligada em um circuito oscilador, a freqüência do oscilador diminuirá com a aproximação do objeto. Um circuito detector é usado para detectar essa variação, disparando quando a freqüência chega a um certo valor.

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6.0 SENSORES DE PRESSÃO. 6.1 Termistores. São usados os NTC(coeficiente de temperatura positivo) e PTC( coeficiente de temperatura negativo) chamados de TERMISTORES. Definição: São componentes cuja resistência varia com a temperatura. No NTC (negativo) a resistência diminui quando a temperatura se eleva, e no PTC(positivo) a resistência aumenta quando a temperatura se eleva). Estes materiais são fabricados com materiais (ligas e misturas) que têm propriedades térmicas especiais.

APLICAÇÃO: NTCs e PTCs são usados em equipamentos eletrônicos como sensores de temperatura. Eles podem ser montados fora dos equipamentos para sensoriar a temperatura ambiente ou dentro deles para sensoriar a temperatura das suas partes mais críticas sujeito a aquecimento. NTC pode ser usado acionar dispositivo de refrigeração ou aquecimento quando a temperatura atingir um certo valor. Desse modo em um aparelho de ar condicionado o NTC pode ser usado acionar o circuito eletrônico que controla a temperatura do ambiente.

143CAP.43: SIMBOLOGIA

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CAP.44: BIBLIOGRAFIA:

1.0 Lima Filho, Domingos Leite. Projetos de Instalações Elétricas Prediais. São Paulo Editora Eriça, 1997.

2.0 Gozzi, Giuseppe Giovanni Massimo. Circuitos Magnéticos. São Paulo, Editora Érica, 1997. 3.0 Lourenço, Antônio C. de e outros. Circuitos em corrente contínua. São Paulo, Editora Érica, 1996. 4.0 Van Valkenburgh. Eletricidade Básica Vol. 1 a 5. São Paulo, Editora ao livroTécnico, 1992. 5.0 Niskier, Júlio e Macintyre, A. J. Instalações Elétricas. Rio de Janeiro, Editora Guanabara Koogan, 1992. 6.0 Gussow, Milton. Eletricidade Básica. São Paulo, Editora Makron Books, 1985. 7.0 U.S. Navy. Eletricidade Básica. São Paulo, Editora Hemus, 1985. 8.0 Apostila de Eletrotécnica Básica do SENAI. 9.0 Apostila de Eletricidade prof. Fernando Duarte – ETER. 10.0 Alburquerque, Rômulo Oliveira. Circuitos de Corrente Alternada. S.Paulo ditora Érica,

1997. 11.0 Garcia Júnior, Ervaldo .Luminotécnica, S.Paulo Editora Érica, 1997. 12.0 Bossi. Antônio e Sesto. Elzio.Instalações Elétricas. São Paulo, Editora Hemus, 1985. 13.0 Contrim, Ademaro Instalações Elétricas São Paulo, Editora Makron Books, 1992. 14.0 Cunha, Ivano J. Eletrotécnica. São Paulo, Editora Hemus, 15.0 Albuquerque, Rômulo Oliveira. Análise de Circuitos em Corrente Contínua São Paulo,

Editora Érika, 1987. 16.0 Gabriel Torres – Fundamentos de Eletrônica, Editora Axcel Books. 17.0 Revista Mecatrônica ( Sensores, Motor de Passo )– Editora Saber.

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ELETRÔNICA

CAP.45: SEMICONDUTOR TIPO N, P.

CONCEITOS BÁSICOS

BANDAS DE ENERGIA. São as órbitas de energia formadas em torno do núcleo do átomo.

_Quanto maior a energia do elétron maior é o raio da sua órbita. A órbita K tem menos energia que L, ou M, etc. _Estabilidade de um elétron numa determinada órbita é feita pela:

• Força eletrostática Fe (atração do núcleo).

• Força centrífuga Fc (para fora da órbita do elétron).

CONCEITOS BÁSICOS:

*Banda de Valência ou Órbita de Valência é a última órbita de um átomo.

• Elétron da Banda de Valência ou órbita de Valência é á órbita onde os elétrons conseguem se libertar.

150*Elétron Livre são os elétrons que conseguem se libertar da camada de valência, indo para uma camada especial acima chamada de Banda de Condução, onde formarão a corrente elétrica. *Ligação Covalente é a ligação feita de um átomo com outro átomo.

• Banda Proibida é a região onde não há elétrons é o limite entre a Banda de Valência e a Banda de Condução, o tamanho dessa banda define se o material é: ISOLANTE, CONDUTOR, OU SEMICONDUTOR.

MATERIAIS SEMICONDUTORES:

Existem vários materiais semicondutores tais como: gálio, arsênio, índio, sendo os mais usados o silício e o germânio. O germânio e o silício são os mais utilizados porque podem realizar 04 ligações covalentes com outros 04 átomos porque são materiais tetravalentes, ou seja, 04 elétrons na camada de valência é o que chamamos de cristal.

CONCEITOS BÁSICOS: Lacuna é o íon positivo, criado pelo espaço deixado pelo elétron livre. Impureza é o acréscimo no átomo pentavalente ou tetravalente a um átomo para aumentar a sua DDP. Dopagem é a técnica de acrescentar impurezas ao semicondutor para aumentar o número de elétrons livres e as lacunas. Semicondutor extrínseco N ou P são aqueles que contém impurezas. Semicondutor intrínseco N ou P é aquele no seu estado natural, ou seja, sem ter sido acrescido de impurezas. SEMICONDUTOR TIPO N. É um átomo tetravalente ( silício e germânio) que foi acrescido de outro átomo pentavalente, de modo que fica sobrando átomo, sem participar das ligações tornando-se um átomo livre. Um exemplo de pentavalente é o: arsênio. _ Elétrons livres, portadores majoritários.

151+ Lacunas ou buraco portadores minoritários,

SEMICONDUTOR TIPO P. É um átomo tetravalente( silício e germânio) que foi acrescido de outro átomo trivalente, de modo que fica sobrando átomo, sem participar das ligações tornando-se um átomo livre.Um exemplo de trivalente é o: boro. _ Elétrons livres, portadores minoritários. + Lacunas ou buraco portadores majoritários.

CAP.46: DIODO SEMICONDUTOR OU JUNÇÃO. Definição: O diodo é um componente eletrônico que possui polaridade sendo formado pela junção física de material tipo N e material tipo P. O lado negativo chama-se: catodo (vem de cátion) e abrevia-se por K O lado positivo chama-se anodo (vem de ânion) e abrevia-se por A .

Simbologia:

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JUNÇÃO PN

O diodo de junção ou semicondutor é feito pela união física de material TIPO P (PORTADORES MAJORITÁRIOS) lacunas com TIPO N (PORTADORES MAJORITÁRIOS) elétrons livres.

Efetuando esta união, o excesso de elétrons do material TIPO N migra para o material TIPO P, visando o equilíbrio.

CAMADA DE DEPLEÇÃO:

Á medida que os átomos do material tipo P próximos à junção recebem os primeiro elétrons preenchendo suas lacunas, no lado N forma-se uma região com íons positivos. (falta de elétrons) e no lado P, uma região com íons negativos (excesso de elétrons), dificultando a passagem de elétrons do material tipo N para o material tipo P. Assim, a partir de um certo momento, este fluxo de elétrons cessa e esta região ionizada (camada de depleção) fica com ausência de elétrons e lacunas, que são os responsáveis pela corrente elétrica.

APLICAÇÃO DO DIODO

O diodo é usado para mudar um sinal de Vac para Vcc. Como chave para abrir e fechar um circuito. E mais outras aplicações.

153

BARREIRA DE POTENCIAL: É a diferença de potencial na junção do diodo, sendo no diodo de silício 0,7 V e no diodo de germânio de 0,3 V, cujo símbolo é Vγ .

POLARIZAÇÃO DO DIODO. Polarizar um diodo é aplicar tensão aos terminais do diodo, podendo ser: direta ou indireta ou reversa.

POLARIZAÇÃO DIRETA. _O material tipo N é ligado diretamente ao negativo da fonte e o material tipo P no positivo da fonte. Nesta condição o diodo se comporta como um circuito com chave fechada. Quando o diodo é polarizado diretamente a ponto de permitirem os elétrons cruzarem a junção, diremos que o diodo está conduzindo. Um diodo em condução comporta-se como um curto, é por isso que sempre colocamos um resistor em série com o diodo quando o mesmo estiver funcionando com polarização.

POLARIZAÇÃO INDIRETA: É quando invertemos a polaridade da fonte ou do diodo. Um diodo polarizado reversamente se compota como uma chave aberta porque: O terminal negativo da fonte irá atrair as lacunas das regiões tipo P o mesmo acontecerá com os elétrons livres na região N em relação ao terminal positivo da fonte. Com isso tanto os elétrons livres quanto às lacunas se afastarão da junção causando um aumento na camada de depleção dificultando ainda mais a circulação de elétrons livres através da junção

154

CURVA CARACTERISTICA DO DIODO.

Gráfico ( Id x Vd ).

-Vbr : tensão de ruptura ou breakdown (polarização indireta). - Ir : corrente de polarização indireta. - Vγ : tensão do diodo na polarização direta. - Idm : corrente máxima direta.

RETA DE CARGA. Definição: Serve para determinar o ponto de trabalho do diodo o “ponto quiescente “ ( Q ).

O ponto Q pode ser obtido através da curva característica do diodo, na qual se traça a reta de carga. Para traçar a reta de Carga, precisamos determinar: 1) Vc tensão de corte ( tensão no diodo quando ele está aberto ). Vc =Vcc 2) Is a corrente de saturação (quando o diodo está aberto). Is = Vcc

RL

3) Traça-se a reta de carga sobre a curva característica do diodo.

1554) O ponto quiescente ( Vd x Id ) corresponde as coordenada do ponto Q onde a reta de

carga intercepta a curva característica do diodo.

5) Pode-se determinar a potência de dissipação do diodo. Pd = Vd x Id

EXERCÍCIOS SOBRE: SEMICONDUTORES TIPO N e TIPO P.

1 O que faz com que os elementos permaneçam estáveis em órbita? R É o equilíbrio entre a força centrífuga Fc orientada radialmente e para fora do núcleo e a força eletrostática Fe orientada em direção ao núcleo. 2 Qual é a órbita de valência de um átomo e o que é valência? R É a última órbita do átomo. Valência é a quantidade de elétrons que pode se libertar do átomo através de uma energia externa, ou se ligar a outro átomo através de ligações covalentes. 3 O que é e como é formada a banda de condução de um átomo? R Banda de condução é banda formada depois da Banda de Valência, quando o elétron rompe o equilíbrio. 4 O que é Banda Proibida? R É uma órbita intermediária entre 02 órbitas, onde não é possível existir elétrons. .5 O que define o comportamento elétrico dos materiais isolante, condutores e semicondutores. Justifique? R ISOLANTES: pouquíssimos elétrons têm condição de sair da Banda de Valência e atingir a Banda de Condução, pois precisa dar um salto muito grande da Banda de Valência a Banda de Condução.

CONDUTORES: um elétron pode passar da Banda de Valência para a Banda de Condução sem preci

gastar muita energia.

SEMICONDUTORES: um elétron precisa dar um pequeno salto para sair da banda de valência, para atingir a banda de condução.

1566 O que é material TRIVALENTE, TETRAVALENTES, PENTAVALENTES.

R TRIVALENTES: possuem 03 elétrons na camada de valência. TETRAVALENTES: possuem 04 elétrons na camada de valência. PENTAVALENTES; possuem 05 elétrons na camada de valência. 7 Utilizando uma tabela periódica dos elementos químicos, classifique os seguintes elementos segundo as suas valências (trivalentes, tetravalentes, pentavalentes): germano, gálio, arsênio, índio, fósforo, antimônio, alumínio, e boro. R TRIVALENTES: índio, gálio, boro. TETRAVALENTES: silício, germânio. PENTAVALENTES; arsênio, fósforo, e antimônio. 8 O que são lacunas e como elas se movimentam num material semicondutor? R LACUNAS: é o espaço vazio deixado pelos elétrons na camada de valência ao se deslocar para a camada de condução. O movimento das lacunas se da quando um elétron sai de seu átomo de origem e ocupa a lacuna deixada pelo elétron anterior. 9 Como o silício é transformado em semicondutor tipo N e P? R TIPO N, com a adição de impurezas pentavalentes (material com 05 elétrons na camada de valência). TIPO P: com a adição de impurezas trivalentes (material com 03 elétrons na camada de valência). 10 correto afirmar que os semicondutores tipo N e tipo P estão respectivamente carregados negativamente e positivamente? Pôr quê? R Sim. TIPO N: porque no semicondutor tipo N os elétrons livres são portadores majoritários e as lacunas portadoras minoritários. TIPO P: porque no semicondutor tipo P as lacunas são portadores majoritários os elétrons portadores minoritários. 11 O que é diodo ideal? R É um dispositivo eletrônico constituído de átomos semicondutores. 12 Quais são os nomes dos terminais do diodo? R Terminal Positivo = ânodo, Terminal Negativo = cátodo. 13 O que é polarizar um diodo? R É o ato de aplicar uma tensão em seus terminais.

14 Quais são os tipos de polarização de um diodo?

157R Polarização direta e polarização reversa 15 Como é a polarização direta? R É quando o terminal positivo da fonte está ligado no terminal tipo P do material e o terminal negativo da fonte no terminal tipo N do material. 16 Como é a polarização reversa? R É quando o terminal negativo da fonte está ligado no terminal tipo P do material e o terminal positivo da fonte no terminal tipo N do material. 17 Entre as duas polarizações direta e reversa, em qual o diodo conduz e porquê? R Na polarização direta porque, nesse caso o diodo se comporta como chave fechada.

18 Qual a finalidade do resistor em série no circuito do diodo? R Limitar a passagem da corrente, caso contrário à fonte entraria em curto. 19 Que é recombinação e como ela ocorre?

R É a ocupação de uma lacuna pôr um elétron. 20 O que é camada de depleção ? R É a ausência de portadores majoritários na região próxima a junção.

21 Como é formada a camada de depleção?

R À medida que os átomos do material tipo P próximo a junção recebem os primeiros elétrons preenchendo lacunas, no lado N, forma-se uma região com íons positivos (falta de elétrons), e no lado P, uma região com íons negativos (excessos de elétrons), dificultando ainda mais a passagem de elétrons do material tipo N para o material tipo P.

22 O que é barreira de potencial e qual o seu valor para os diodos de silício germânio? R Barreira de Potencial é a diferença de potencial na junção do diodo. Para o silício é de 0,7 V e o germânio 0,3 V.

23 Pôr que os portadores majoritários não circulam pelo diodo na polarização reversa ? R Porque os elétrons do lado N são atraídos para o terminal positivo e as lacunas para o terminal negativo da fonte. Com isso, forma-se assim a camada de depleção, conseqüentemente, a barreira de potencial. A barreira de potencial aumenta até que sua DDP se iguale à tensão da fonte de alimentação.

24 O que acontece com os portadores majoritários na polarização direta? R Os elétrons do lado N ganham mais energia porque são repelidos pelo terminal negativo da fonte, rompem a barreira de potencial V e são atraídos para o lado P, atravessando a junção.

25 O que é corrente reversa? R É uma corrente muito pequena formada pelos portadores minoritários (elétrons no lado P e lacunas no lado N), muitos deles criados continuamente pela energia térmica `a temperatura ambiente.

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26 Explique quais são as principais as principais especificações do diodo semicondutor destacando-se na sua curva característica.

R 1º Na polarização direta só existe corrente elétrica se a tensão aplicada ao diodo for maior ou igual à tensão V (tensão na junção). 2º Na polarização direta existe uma corrente máxima que o diodo pode conduzir Id. e uma potência de dissipação Pdm. 3º Na polarização reversa, existe uma corrente muito pequena chamada corrente reversa ( I r ). 4º Na polarização reversa existe uma tensão reversa máxima que pode ser aplicada ao diodo chamada de tensão de Ruptura ou Breakdown Voltage (Vbr).

EXERCÍCIOS SOBRE: CIRCUITO COM DIODO

27 Determine a reta de carga, o ponto quiescente e a potência dissipada pelo diodo no circuito a seguir, dada a sua curava característica.

1º Reta de carga: V/c = Vcc = 2.0 V Is = Vcc = 2,0 =2.0 mA

R 1 kΩ 2º Potência de dissipação; Vd = 0,8 V Id. = 1,2 mA Pd = 0,8 x 1,2 = 0,96 m W

1) MODELO 1 - DIODO IDEAL OU SEJA Vγ = 0 V .

159Neste modelo o diodo funciona como um condutor na polarização direta e como um circuito aberto na Polarização reversa.

Polarização reversa.

2.1 No circuito Vcc =50 V Rcc = 300 Ω calcule a corrente no diodo, sendo o diodo ideal. Característica do diodo: Vγ = 0,7V Rd = 10 Ω Id = Vcc = 50 V = 0,166 A ou 0,166 x1000= 166 mA Rcc 300 Ω 2.2) Idem para Vcc= 60V e Rcc= 200 Ω

2) MODELO 2: CONSIDERANDO A TENSÃO DO DIODO 2.3) No circuito Vcc =50 V Rcc = 300 Ω calcule a corrente no diodo, sendo a tensão do diodo Vγ =

0,7V . Característica do diodo: Vγ = 0,7V Rd = 10 Ω

Id = Vcc – Vd = 50V – O,7 V = 49,3 V = 0,164 A ou 0,164x1000 = 164 mA Rcc 300 Ω 300Ω 2.4) Idem para Vcc = 60 V e Rcc = 200 Ω 3.0) MODELO 3: CONSIDERANDO A TENSÃO DO DIODO E A RESISTÊNCIA DO DIODO. 2.5 ) No circuito Vcc =50 V Rcc = 300 Ω calcule a corrente no diodo, sendo a tensão do diodo Vγ =

0,7V e a resistência do diodo 10 Ω . Característica do diodo: Vγ = 0,7V Rd = 10 Ω

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Id = Vcc – Vd = 50V – O,7 V = 49,3 V = 0,159 A ou 0,159x1000= 159 mA Rcc 300 Ω + 10 Ω 310 Ω 2.6) Idem para Vcc = 60 V e Rcc = 200 Ω

DIODOS ESPECIAIS: 1) DIODO ZENER:

Definição: Diodos zener são diodos especiais que podem operar polarizado no sentido inverso com uma tensão de ruptura não destrutiva. Ex: BZX, BZY (padrão europeu), 1N (padrão americano). Quando um diodo é polarizado no sentido inverso há uma tensão limite que podemos aplicar nesse componente sem que ele se torne condutor. Acima dessa tensão, denominada de ruptura, o diodo se torna condutor, e para os tipos comuns ocorre a destruição.

Simbologia:

Se um diodo for construído de modo a suportar a corrente nessa ruptura ele poderá manter a tensão constante entre os seus terminais. TENSÃO ZENER; É a tensão inversa que faz o diodo conduzir e que ele mantém constante numa faixa de valores de corrente. Os diodos zener comuns possuem tensões zener entre 1,5V e mais de 200V. Vale lembrar que os diodos zener são polarizados , havendo um anel ou marca para indicar o catodo (k).

161

Obs.: considerar valor para diodo de germânio V= 0,3V e não 0,2V. Aplicação: Funcionam como reguladores de tensão ou de corrente em circuito .

2) DIODO LEDs: Definição: Os Diodos Emissores de Luz, que em inglês são chamados de LIGT EMITTING DIODES (abreviatura de LED) são diodos especiais que ao serem percorridos por uma corrente elétrica emitem luz através da sua junção. Os LEDs são fabricados com materiais semicondutores especiais como o arsenato de gálio, que tem a propriedade de formar junções emissoras de radiação.

Simbologia:

Os LEDs comuns são emissores monocromáticos, ou seja emitem luz de única freqüência (única cor) . LEDs de luz branca têm sido obtido pela associação em uma mesma pastilha de três LEDs que fornecem as cores básicas (vermelho, verde, azul), as quais combinadas resultam na luz branca.

162 As impurezas que estão presentes nos LEDs não apenas determinam a cor da luz que eles emitem, como também a tensão mínima que precisamos aplicar no sentido direto para que a barreira de potencial da junção seja vencida e ele se torne condutor. Os LEDs comuns vermelhos conduzem com 1,6 V, já os amarelos e alaranjados com 1,8 V e os azuis e verdes com 2,1 V. Aplicação: Controle remoto, pequenas lâmpadas de sinalização, DVD,CD

CAP.47: FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE CORRENTE CONTÍNUA. Definição: A tensão elétrica é distribuída na forma de tensão alternada, porém os aparelhos eletrônicos são alimentados por tensões contínuas, necessitando serem convertidas de tensões alternadas para tensões contínuas . A estes circuitos chamamos de circuitos retificadores. A tensão elétrica antes de ser ligada ao retificador precisa ser reduzida , este trabalho é feito pelo equipamento transformador. Após a retificação é necessário eliminar as variações da tensão contínua para que a mesma se torne constante, sendo realizado pelos filtros ou reguladores de tensão. A este conjunto de circuitos chamamos de fonte de tensão ou fonte de alimentação

FUNÇÃO DE CADA COMPONTE NA FONTE DE TENSÃO CC.

Transformador: tem a função de abaixar o valor da tensão e da corrente ou vice-versa. Ex. 127 V / 30 V

163Retificador: tem a função de modificar a forma de onda do sinal de corrente alternada para corrente contínua. Ex. diodo de junção. Filtro: tem a função de filtrar ruídos e resíduos de sinal de corrente alternada. Ex. capacitor. Regulador: tem a função de manter sempre o mesmo valor de tensão na saída da fonte. Ex.diodo zener ou transistor.

CAP.48: RETIFICADORES DE MEIA ONDA.

Definição: É um circuito eletrônico capaz de retificar apenas meio ciclo da tensão alternada nele aplicado.

Quando o semiciclo positivo for polarizado diretamente o diodo se comporta da seguinte maneira: A tensão da fonte começa a aumentar quando ultrapassar a 0,7 V , nesta condição o diodo a conduzir comportando-se como uma chave fechada. Com o diodo em condução os terminais do resistor ficam ligados diretamente aos terminais da fonte fazendo com que a tensão apareça em cima do resistor. Quando termina o semiciclo positivo o diodo deixa de conduzir, a fonte inverte sua polaridade, a tensão da fonte volta aumentar agora com polaridade oposta, começa então o semiciclo negativo. No semiciclo negativo o diodo fica polarizado inversamente comportando-se como uma chave aberta. Com o diodo bloqueado não aparece nenhuma tensão em RL durante o semiciclo negativo. Todo semiciclo negativo aparece em cima do diodo.

Conclusão:

164O diodo deixa passar para o resistor de carga o semiciclo positivo e bloqueia o semiciclo negativo.

Conceitos Básicos: -Tensão média na carga : V2 RMS = V2p 2 2p = tensão de pico no secundário do transformador. V2 RMS = tensão alternada no secundário do transformador. Corrente média na carga : Im = Vm RL

Im = corrente média Vm = tensão média RL = resistência de carga

CAP.49: RETIFICADORES DE ONDA COMPLETA. Definição: Chamamos de retificador de onda completa, ao circuito que retifica os dois semiciclos da corrente de entrada. Pode ser de dois tipos: Retificador de onda completa com transformador de Tomada Central (center tape ). Retificador de onda completa em Ponte.

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Retificador de onda completa com transformador de Tomada Central (center tape ). O funcionamento do retificador é o seguinte: Para semiciclos positivos, D1 conduz (está polarizado diretamente) e D2 abre (está polarizado inversamente); Para semiciclos negativos da entrada, D2 conduz e D1 abre resultando os dois semiciclos retificadores

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Neste caso, a freqüência da tensão de saída dobra de valor e, portanto, a tensão média na carga. Por outro lado, como a tensão de pico na carga é a metade da tensão de pico no

167secundário do transformador, a tensão média final é a mesma que se obteria usando um retificador de meia onda com este mesmo transformador ( ignorando-se a derivação ), ou seja: 2 x V2p

Vm = 2 π Tensão média no diodo ideal : Vm = V2P π Diodo Ideal: Vm = V2P π Diodo com Vγ: Vm = V2P – 2. Vγ π Corrente Média = Vm RL A vantagem deste circuito é que cada diodo conduz corrente somente num semiciclo, a corrente que eles devem suportar corresponde à metade da corrente média na carga. Por outro lado à tensão reversa que os diodos devem suportar é a tensão total de pico do secundário já que suas duas metades somam-se sobre os diodos quando estes estão cortados; Idm > ou = Im e Vbr > ou = V2P

CAP.50: RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE:

Definição: Em relação ao retificador que utiliza o transformador com derivação central, para se obter o mesmo rendimento em termos de tensão média, este transformador teria que fornecer no secundário, o dobro da tensão fornecida pelo transformador utilizado pelo retificador em ponte. Resultando num custo muito maior do que utilizando dois diodos a mais pelo retificador em ponte. Além disso devido a grande utilização das pontes de diodos estas podem ser encontradas comercialmente num único encapsulamento, reduzindo o tamanho do circuito e facilitando os projetos.

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FUNCIONAMENTO: Durante o semiciclo positivo, os diodos D1 e D3 conduzem e os diodos D2 e D4 cortam, transferindo, assim toda a tensão de entrada para a carga. Durante o semiciclo negativo, os diodos D2 e D4 conduzem e os diodos D1 e D3 cortam, fazendo com que toda tensão de entrada caia sobre a carga com a mesma polaridade que a do semiciclo positivo.

Neste caso a freqüência da tensão de saída dobra de valor, a tensão média na carga também dobra, ou seja: A) DIODO IDEAL DIODO COM Vγ Vm = 2 X v2p Vm = 2 X( v2p - 2. Vγ) π π B) Corrente média na carga: Im = Vm RL C) Especificação dos diodos:

169Cada diodo conduz corrente somente num semiciclo, a corrente que eles devem suportar corresponde à metade da corrente média na carga. Quanto à tensão reversa, OS DIOdos devem suportar a tensão de pico do secundário . Idm ≥ Im e Vbr ≥ V2P 2

EXERCÍCIOS SOBRE :CIRCUITOS RETIFICADORES: 1) Calcular a tensão média na carga, a corrente média na carga, a especificação do diodo e as formas de onda na carga e nos diodos do RETIFICADOR DE MEIA ONDA .

A)Tensão média na carga:

A tensão de pico na saída do transformador vale;

V2rms = V2P v2p = 12 x √2 v2p = 17 V

√2 Considerando Vγ a tensão média na carga vale; Vm = v2p - Vγ Vm = 17 – 0,7 = 5,2 V π π

B) A corrente média na carga:

Im = Vm Im = 5,2 = 0,52 A = 520 mA RL 10

C) Especificação do diodo: A corrente média no diodo é igual à da carga e como no semiciclo negativo toda a tensão do transformador cai sobre o diodo, sua especificação devem ser:

Idm ≥ 520 m A e Vbr ≥ 17 V.

D) Formas de onda na carga e no diodo.

170

2) Calcular a tensão média na carga, a corrente média na carga, a especificação do diodo e as formas de onda na carga e nos diodos RETIFICADORES DE ONDA COMPLETA.

A) Tensão média na carga: A tensão de pico na saída do transformador vale;

V2rms = V2P v2p = 4 x √2 v2p = 5,66 V

√2 Considerando Vγ a tensão média na carga vale; Vm = v2p - 2. Vγ Vm = 5,66 – 1,4 = 1,36 V π π B) A corrente média na carga: Im = Vm = Im = 1,36 = ,0136 A = 136 mA RL 10 C) Especificação do diodo: Idm ≥ 68 m A e Vbr ≥ 5,66 V.

E) Formas de onda na carga e nos diodos.

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3) Calcular a tensão média na carga, a corrente média na carga, a especificação do diodo e as formas de onda na carga e nos diodos RETIFICADORES EM PONTE.

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A) Tensão média na carga: A tensão de pico na saída do transformador vale;

V2rms = V2P v2p = 25 x √2 v2p = 35,4 V √2 Considerando Vγ a tensão média na carga vale; Vm = 2 x v2p Vm = 2 x 35,4 = 22,5 V π π B) A corrente média na carga: Im = Vm = Im = 22,5 = 2,25 A RL 10 C) Especificação do diodo: Idm ≥ 2,25 = 1,125 A e Vbr ≥ 35,4 V. 2 D) Formas de onda na carga e nos diodos.

173

CAP.51: TRANSISTORES.

Definição: Os transistores são construídos com tres pedaços de material semicondutor, ligados através de duas junções PN . Com isso, dois tipos de transistores podem ser construídos : NPN e PNP. Esses nomes refletem a ordem em que os pedaços de material semicondutor foram ligados internamente. Como você pode reparar, transistores NPN possuem mais material do tipo N, enquanto transistores PNP possuem mais material do tipo P. Na próxima figura vemos a estrutura interna dos transistores NPN e PNP e sua simbologia e seus terminais chamados de; emissor, coletor, e base. O tamanho do transistor varia de acordo com sua potência máxima admissível, isto é, a corrente e a tensão máxima que o transistor aquenta. Os transistores, são classificados de acordo com um código chamados data sheet que contém as principais características do transistor como por exemplo TIP42, BC549 , 2N3055, AC127, BD 135 já que elas não estão codificadas no código formado por letras e números. No data sheet do transistor há disposição de seus terminais, apesar do transistor ter três pernas, saber quem é base, emissor, coletor varia de acordo com o transistor, já que a ordem dos terminais não é padronizada e varia de acordo com o transistor.

174 Pelo tipo de encapsulamento do transistor podemos dizer se o transistor é de baixa, média ou alta potencia, indicando um tipo para uma aplicação, vide fig 458. No caso de transistor com encapsulamento totalmente metálico (03) em geral o transistor possui dois terminais. O terceiro terminal o coletor está conectado na carcaça. Os transistores sem dúvida alguma são os componentes mais famosos do mundo da eletrônica. De fato, a invenção e o uso de transistores transformou o mundo da eletrônica no século xx. Vários aparelhos que antes eram gigantescos, pesados e consumiam muita energia por utilizar válvulas eletrônicas tais como: tv, rádios, computadores passaram a ser menores, mais leves, consumir menos energia, e mais barato. Hoje não há equipamento eletrônico que não utilize transistores, mesmos aqueles que só utilizam CI, que na verdade são vários transistores integrados em um único componente.

APLICAÇÕES: É infinita a aplicação de um transistor, mas basicamente sua aplicação é como amplificador e como chave. Basta pensar em um circuito amplificador de áudio. Neste circuito, na entrada do transistor colocamos um sinal de áudio de baixa amplitude, e na saída obtemos o mesmo sinal com uma amplitude maior. Independente do tipo de sua aplicação o transistor só pode ser ligado de três modos, baseado em qual terminal será ligado a terra (pólo negativo) do circuito. Estas configurações são chamadas de : BASE COMUM, EMISSOR COMUM, COLETOR COMUM, dependendo do terminal que é ligado a terra, vide fig.

Cada configuração tem suas características próprias, conforme tabela abaixo:

175O ganho de corrente é chamado α, β,γ (alfa, beta, gama respectivamente), dependendo da configuração do transistor. Essa característica indica quanto determinado é capaz de amplificar uma corrente aplicada a sua entrada.

Resumo da diferença entre α, β, γ.

Resumo dos ganhos de corrente. α = ΔIC β = ΔIC γ = ΔI e ΔI e ΔI b ΔI b A configuração mais usada para circuitos amplificadores é o emissor comum. O ganho de corrente para emissor comum é β (beta) é também conhecida como hfe. . O seja β e hfe. São sinônimos, ambos significando ganho de corrente.

1)TRANSISTOR COMO DIVISOR DE TENSÃO. Nas aplicações onde utilizaremos os transistores a tensão base-emissor não é obtida de uma bateria própria, mas sim de um sistema divisor de tensão. A tensão total VCE (tensão coletor-emissor) é desdobrada pelos resistores R1 e R2, sendo que a corrente de base circula pelo resistor r1 aparecendo no resistor R2 à tensão VBE (base-emissor).

2)TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR.

Quando a tensão V BE da base emissor for modificada durante o funcionamento, altera-se também a corrente do coletor, Ic com isto, a queda de tensão no resistor Ra.. A tensão de saída amplificada é obtida através de um capacitor.

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3)TRANSISTOR COMO RESISTOR REGULÁVEL. (REOSTATO)

Quanto mais o cursor do potenciômetro for deslocado para a extremidade superior, tanto maior se torna a tensão V BE da base-emissor, e com esta, a corrente IC do coletor. No circuito de regulação de intensidade luminosa da lâmpada, sua luminosidade aumenta.

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CAP.52: ELETRÔNICA DIGITAL. Definição: Na eletrônica digital os circuitos digitais só trabalham com dois valores 0 e 1 que podem representar uma lâmpada apagada e uma lâmpada acesa. Normalmente o valor zero é representado por 0 V e o valor 1, por 5 V. Se você quiser acionar um circuito de 12 V, não conseguirá fazer isso diretamente. Porém poderá usar um transistor como chave ligado em 12 V. Assim quando na saída do circuito digital houver 5 V, o transistor será acionado e emitirá 12 V para o circuito que se deseja acionar.

CIRCUITOS INTEGRADOS.

Definição: Circuitos integrados são dispositivos contendo um circuito pronto dentro de um encapsulamento são os famosos chips. Embora o aspecto mais usual dos circuitos integrais seja a famosa centopéia preta (encapsulamento chamado DILL, DUAL IN LINE), circuitos integrais podem ser construídos com uma infinidade de encapsulamento. A sua construção é feita a base de dopagem de materiais do tipo P e do tipo N, da mesma forma que diodos e transistores, porém aglomerando vários componentes em vez de apenas um como no caso de diodos e transistores. Os circuitos integrados podem ser classificados em dois tipos lineares (ou analógicos) e digitais. Os circuitos integrados digitais são componentes formados por circuitos lógicos utilizados na eletrônica digital – tais como portas lógicas, flip-flop, contadores, etc. Outro tipo de circuito integrado famoso é o circuito integrado temporizadores, sendo o mais famoso o 555 (LM 555, NE555 , ETC.) As letras dependem do fabricante. Os circuitos integrados lineares são formados por circuitos utilizados pela eletrônica analógica , tais como amplificadores.

178 A grande vantagem de ser usar um circuito integrado é que ele traz, em um só circuito, o que antes teria necessidade de vários componentes (especialmente transistores, diodos, e resistores) para obter o mesmo resultado. Circuitos integrados amplificadores são o maior exemplo disto. É impossível explicar o funcionamento de todos os circuitos integrados existente no mercado. Por isto citaremos o tipo mais comum no mercado de circuito integrado linear que é o amplificador operacional. Amplificadores operacionais, são circuitos amplificadores tais como o integrado 741 conhecido comercialmente como (LM 741, NE741, μA 741, etc) as letras depende do fabricante.

CAP.52: TECNOLOGIA SMD.

Componentes SMD. Sem componentes para montagem em superfície (SMD), não seria possível fabricar circuitos tão compactos quanto os que se vêem hoje em dia. No entanto esses componentes minúsculos apresentam certos problemas devido ao custos das ferramentas apropriadas para lidar com eles. Atualmente existem muitos componentes que só são fabricados com encapsulamento Surface Mounted Devices(SMD). Considerações Gerais. Os componentes SMD não possuem terminais compridos e os pequenos contatos que eles possuem são soldados nas minúsculas ilhas de cobre por contato. Portanto, as placas de circuito impresso não necessitam de furos e podem ser menores.Por outro lado, os componentes SMD também são menores do que os tradicionais equivalentes e ocupam menos espaço na placa. Uma das grandes vantagem é que a falta de terminais melhora seu comportamento nas altas freqüências e, vez de soldados nas placas, eles ficam situados sempre à mesma altura, fato muito importante nos circuitos de RF. Em termos gerais, podemos dizer que os componentes SMD permitem construir circuitos mais baratos, mais compactos e mais reprodutíveis, mas, por outro lado são mais difíceis de soldar e o desenho da placa ‘é mais complicado devido à dificuldade de passar pistas de cobre por baixo do componente. Encapsulamento SMD. Os componentes SMD utilizam tipos de encapsulamento diferentes, que podem ser agrupados nos Grupos:Resistores/capacitores,Capacitores eletrolíticos,Capacitores de tântalo.Diodos (Mini-Melf),Transistores,Circuitos integrados. Resistores e Capacitores SMD. Os resistores e capacitores são os componentes mais utilizados num circuito eletrônico. Eles existem no mercado com a forma de um tijolo minúsculo, dotado de áreas metálicas nas duas extremidades para permitir sua soldagem. Existem vários formatos( 1206, 0805, 0603, 0402, 0201, por exemplo) em que os

179dois primeiros algarismos indicam a largura. O código refere-se a medidas em polegadas, e o código 0805 significa na prática 0,08” = 2mm por 0,05”=1,27mm. Capacitores eletrolíticos. O corpo dos capacitores eletrolíticos SMD é igual ao dos capacitores convencionais para montagem vertical, mas os terminais foram dobrados e aparecem numa pequena base de plásticos. Por tanto nesse caso não há grande ganho de área na placa, ou melhor existe até prejuízo. Diodos. A maior parte dos diodos SMD para fins gerais é fabricada com encapsulamento Metal Electrode Leadless Face (Mni-Melf) . Esse formato possui 1,4 mm de diâmetro e 3,6 mm de comprimento e só é utilizado nos diodos.Trata-se de um formato mais difícil de manipular, uma vez que ele tende a rolar durante a operação de soldagem, existe também o formato tipo paralelepípedo, muito mais fácil de soldar. Transistores. Os transistores SMD são fabricados com o formato SOT-23 que aparecem com o formato retangular de 2,8 mm por 2,1 mm. Circuitos integrados. Os circuitos integrado SMD são fabricados em tantos formatos que apenas podemos falar de alguns mais utilizados. A série μMAX Do fabricante Maxim é uma das mais utilizadas e utiliza o formato QFP, SOP, e TSSOP. Uma larga variedade de circuito integrado utilizam esses formatos desde conversores A/D e integrados lógicos até microprocessador.

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ANEXOS TABELA DE FIOS E CABOS CONDUTORES DE ENERGIA ELÉTRICA.

181TABELA DO CONSUMO DE POTÊNCIA DE ENERGIA ELÉTRICA.

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BIBLIOGRAFIA INDICADA.

1.0 Milton Gussow. Eletricidade Básica. São Paulo, Editora Makron Books, 1985.

2.0 Apostila de Eletrotécnica Básica do SENAI.

3.0 Apostila de Eletricidade prof. Fernando Duarte – ETER.

4.0 Revista Eletrônica para Eletricista. Editora Saber.

5.0 Curso Básico de Eletrônica – Aitan Povoas Ferreira, Editora Freitas Bastos.

6.0 Fundamentos de Eletrônica – Gabriel Torres – Editora Axcel Books.

7.0 O Eletricista é Você – Engº Roberto Chaves, Editora Ediouro.

8.0 Dispositivos Semicondutores: diodos e Transistores. Ângelo Eduardo B. Marques, Editora Érica.

Foi muito bom trabalhar com você, lhe desejo muitas felicidades no ramo da eletroeletrônica e nunca pare de estudar. O nosso conhecimento é que nos diferencia no mercado de trabalho. Um grande abraço. Professor Hamilton.