Apostila Eletricidade CEFET SC

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Primeira EDIO

Serralheiro Werther Serralheiro

MINISTRIO DA EDUCAO SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICA CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINA UNIDADE DE ENSINO DE ARARANGU

Apostila de Eletricidade Desenvolvida pelo Prof. MEng. Werther Serralheiro Professor de 1 e 2 Graus da Unidade de Ensino de Ararangu Para a Disciplina de ELETRICIDADE BSICA do Curso Tcnico em Eletromecnica A reproduo desta apostila dever ser autorizada pelo CEFET

SUMRIO11.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Eletricidade EstticaO tomo Leis das Cargas Eltricas O Coulomb Carga Eltrica Elementar Campo Eletrosttico Diferena de Potencial

55 6 7 7 8 8

22.1 2.2 2.3 2.4

EletrodinmicaCorrente Eltrica Resistividade Eltrica Associao De Resistores Transformao Y ( T ) / ( ) e vice-versa

99 11 17 25

33.1 3.2 3.3

Geradores e ReceptoresDefinio de Gerador Associao de Geradores Receptores

2727 28 29

44.1 4.2 4.3

Leis De KirchoffLei das Tenses Lei das Correntes Anlise Nodal

3131 33 34

55.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9

CapacitoresCapacitncia Fora Exercida por Duas Cargas Materiais Dieltricos Representao Grfica da Capacitncia Definio de Capacitor Simbologia Associao de Capacitores Energia Eltrica de um Capacitor Reatncia Capacitiva (Xc)

3636 36 37 38 38 39 39 41 42

66.1 6.2 6.3

IndutoresIndutncia Reatncia Indutiva (XL) Associao de Indutores

4444 45 46

77.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Tenso AlternadaGerao de tenso alternada Caractersticas da Tenso e da Corrente Alternada Tipos de Cargas em Sistemas de Tenso Alternada Circuitos eltricos em Tenso Alternada Tenso Alternada Trifsica Potncia nos Circuitos de Tenso Alternada

4747 48 49 53 56 58

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1 - Eletricidade Esttica1.1 O tomo Tudo que ocupa lugar no espao matria. A matria constituda por partculas muito pequenas chamada de tomos. Os tomos por sua vez so constitudos por partculas subatmicas: eltron, prton e nutron, sendo que o eltron a carga negativa (-) fundamental da eletricidade e esto girando ao redor do ncleo do tomo em trajetrias concntricas denominadas de rbitas. O prton a carga positiva fundamental (+) da eletricidade e esto no ncleo do tomo. o nmero de prtons no ncleo que determina o nmero atmico daquele tomo. Tambm no ncleo encontrado o nutron, carga neutra fundamental da eletricidade. No seu estado natural um tomo est sempre em equilbrio, ou seja, contm o mesmo nmero de prtons e eltrons. Como cargas contrrias se anulam, e o eltron e prton possuem o mesmo valor absoluto de carga eltrica, isto torna o tomo natural num tomo neutro.

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1.1.1 tomo Estvel e Instvel Um tomo estvel como vimos anteriormente, quando a quantidade de energia dos eltrons (-) e dos prtons (+) so iguais. Como os eltrons esto divididos em camadas distanciadas proporcionalmente do ncleo, os mesmo possuem energias diferentes, chamados nveis de energia. O nvel de energia de um eltron diretamente proporcional a distncia do seu ncleo. Os eltrons situados na camada mais externa so chamados de eltrons de valncia. Quando estes eltrons recebem do meio externo mais energia, isto pode fazer com o eltron se desloque para um nvel de energia mais alto. Se isto ocorre, dizemos que o tomo est num estado excitado e portanto instvel. Na camada mais externa suficiente, alguns dos eltrons de valncia abandonaro o tomo, se tornando eltrons livres que produz a corrente eltrica num condutor metlico. 1.2 Leis das Cargas Eltricas Alguns tomos so capazes de ceder eltrons e outros so capazes de receber eltrons. Quando isto ocorre, a distribuio positivas e negativas que era igual deixa de existir. Um corpo passa a ter excesso e outro falta de eltrons. O corpo com excesso de eltrons passa a ter uma carga com polaridade negativa, e o corpo com falta de eltrons ter uma carga com polaridade positiva. CARGAS ELTRICAS IGUAIS SE REPELEM CARGAS OPOSTAS SE ATRAEM.

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1.3

O Coulomb A quantidade de carga eltrica que um corpo possui dada pela diferena entre nmero de prtons e o nmero de eltrons que o corpo tem. A quantidade de carga eltrica representada pela letra Q, e expresso na unidade COULOMB (C). A carga de 1 C = 6,25x1018 eltrons. Dizer que um corpo possui de um Coulomb negativo ( -Q ), significa que um corpo possui 6,25x1018 mais eltrons que prtons.

Ex.: Um material dieltrico possui uma carga negativa de 12,5 1018 eltrons. Qual a sua carga em um Coulomb?

1.4

Carga Eltrica Elementar A menor carga eltrica encontrada na natureza a carga de um eltron ou prton. Estas cargas so iguais em valor absoluto e valem e = 1,6 x 10-19 C Para calcular a quantidade de carga eltrica de um corpo, basta multiplicar o nmero de eltrons pela carga elementar.

Q=nxe

Exerccio: Um corpo apresenta-se eletrizado com carga Q = 32 C . Qual o nmero de eltrons retirados do corpo?

A carga eltrica difere da corrente eltrica. Q representa um acmulo de carga, enquanto a corrente eltrica mede a intensidade das cargas em movimento.

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1.5

Campo EletrostticoToda carga eltrica tem capacidade de exercer fora. Isto se faz presente no campo eletrosttico que envolve cada corpo carregado. Quando corpos com polaridades opostas so colocados prximos um do outro, o campo eletrosttico se concentra na regio compreendida entre eles. Se um eltron for abandonado no ponto no interior desse campo, ele ser repelido pela carga negativa e atrado pela carga positiva.

Quando no h transferncia imediata de eltrons do/para um corpo carregado, diz-se que a carga esta em repouso. A eletricidade em repouso chamada de eletricidade esttica.

1.6

Diferena de PotencialEm virtude da fora do seu campo eletrosttico, uma carga capaz de realizar trabalho ao deslocar uma outra carga por atrao ou repulso. Essa capacidade chamada de potencial. Cargas diferentes produzem uma d.d.p. (diferena de potencial). A soma das diferenas de potencial de todas as cargas do campo eletrosttico conhecida como Fora Eletromotriz (F.E.M.). A sua unidade fundamental o Volt. A diferena de potencial chamada tambm de Tenso Eltrica. A tenso eltrica representada pela letra E ou U.

Ex.: Qual o significado da tenso de uma bateria ser igual a 6 V? R.:

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2 - Eletrodinmica2.1 Corrente EltricaDeterminados materiais, quando so submetidos a uma fonte de fora eletromotriz, permitem uma movimentao sistemtica de eltrons de um tomo a outro, e este fenmeno que denominado de corrente eltrica. Pode-se dizer, ento que cargas eltricas em movimento ordenado formam a corrente eltrica, ou seja, corrente eltrica o fluxo de eltrons em um meio condutor. A corrente eltrica representada pela letra e sua unidade fundamental o Ampre. Define-se 1A como sendo deslocamento de 1 C (6,25 10 18 e) atravs de um condutor durante um intervalo de 1 s.

Ex.: Se uma corrente de 2 A passar atravs de um medidor durante um minuto, isto equivale a quantos coulombs ? R.:

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A definio matemtica da intensidade de corrente eltrica dada por: onde:

Q = T

= corrente eltrica em ampre;Q = carga em Coulomb; T = tempo em segundos.

2.1.1 Fluxo de CorrenteSe ligarmos s duas extremidades de um fio de cobre, uma diferena de potencial, a tenso aplicada faz com que os eltrons se desloquem. Esse deslocamento consiste num movimento de eltrons a partir do ponto de carga negativa Q numa extremidade do fio, seguindo atravs deste e chegando carga positiva +Q na outra extremidade. O sentido do movimento de eltrons de para +. Este o fluxo de eltrons. No entanto para estudos convencionou-se dizer que o deslocamento dos eltrons de + para Este o chamado de fluxo convencional da corrente eltrica.

Exerccios 1) Em uma seo transversal de um fio condutor circula uma carga de 10 C a cada 2 s. Qual a intensidade de corrente? 2) Um fio percorrido por uma corrente de 1 A deve conduzir atravs da sua seo transversal uma carga de 3,6 C. Qual o tempo necessrio para isto? 3) Qual a carga acumulada quando uma corrente de 5 A carrega um isolante durante 5 s?

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2.2

Resistividade EltricaDefine-se resistncia como sendo a capacidade de um fio condutor ser opor a passagem de corrente eltrica atravs de sua estrutura. Verifica-se experimentalmente que a resistncia eltrica de um resistor depende do material que o constitui e de suas dimenses. Para simplificar a anlise dessas dependncias, vamos cons