Apostila Eletricidade Senai

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Text of Apostila Eletricidade Senai

Escola SENAI Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini Campinas/SP

2002

Eletricidade Volume 1

Eletricidade

SENAI-SP, 2002Trabalho elaborado pela Escola SENAI Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini

Coordenao Geral

Magno Diaz Gomes

Equipe responsvel

Coordenao

Geraldo Machado Barbosa

Elaborao

Luciano Marcelo Lucena da Silva

Equipe responsvel pela editorao

Coordenao

Luciano Marcelo Lucena da Silva

Formatao

David Tadeu Cassini Manzoti Edmar Fernando Camargo

Edio 1.0

SENAI - Servio Nacional de Aprendizagem Industrial Escola SENAI Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini Avenida da Saudade, 125 - Ponte Preta CEP 13041-670 - Campinas, SP senaizerbini@sp.senai.br

Eletricidade

Sumrio

Fundamentos de Energia Eletricidade Matria Fundamentos da Eletrosttica Gerao de Energia Eltrica Corrente Eltrica Anlise de Circuitos Circuitos Eltricos em Corrente Resistncia Eltrica Contnua Associaes de resistores Lei de Ohm Potncia Eltrica em Corrente Contnua Primeira Lei de Kirchhoff Segunda Lei de Kirchhoff Divisores de Tenso e Corrente Anlise de Circuitos por Kirchhoff Teorema de Thvenin Capacitores Indutores Anexo 1 - Matriz de contatos e placa de circuito impresso Anexo 2 - Multmetro analgico Referncias Bibliogrficas

5 9 15 27 33 39 51 61 79 87 99 109 129 145 173 185 197 207 217 223

Sumrio

Eletricidade

Energia

Freqentemente usamos a palavra energia. s vezes, ouvimos dizer que determinado alimento rico em energia, que recebemos energia do sol ou ento, que o custo da energia eltrica aumentou. Fala-se tambm em energia trmica, qumica, nuclear... A energia est presente em quase todas as atividades do homem moderno. Por isso, para o profissional da rea eletroeletrnica, primordial conhecer os segredos da energia eltrica. Neste primeiro captulo, estudaremos algumas formas de energia que se conhece, sua conservao e unidades de medida. Energia e Trabalho A energia est sempre associada a um trabalho. Por isso, dizemos que energia a capacidade que um corpo possui de realizar um trabalho. Como exemplo de energia, pode-se citar uma mola comprimida ou estendida, e a gua, represada ou corrente. Assim como h vrios modos de realizar um trabalho, tambm h vrias formas de energia. Em nosso curso, falaremos mais sobre a energia eltrica e seus efeitos, porm devemos ter conhecimentos sobre outras formas de energia. Dentre as muitas formas de energia que existem, podemos citar: energia potencial; energia cintica; energia mecnica; energia trmica; energia qumica; energia eltrica.

Energia

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A energia potencial quando se encontra em repouso, ou seja, armazenada em um determinado corpo. Como exemplo de energia potencial, pode-se citar um veculo no topo de uma ladeira e a gua de uma represa. A energia cintica a conseqncia do movimento de um corpo. Como exemplos de energia cintica pode-se citar um esqueitista em velocidade que aproveita a energia cintica para subir uma rampa ou a abertura das comportas de uma represa que faz girarem as turbinas dos geradores das hidroeltricas. A energia mecnica a soma da energia potencial com a energia cintica presentes em um determinado corpo. Ela se manifesta pela produo de um trabalho mecnico, ou seja, o deslocamento de um corpo. Como exemplo de energia mecnica podemos citar um operrio empurrando um carrinho ou um torno em movimento. A energia trmica se manifesta atravs da variao da temperatura nos corpos. A mquina a vapor, que usa o calor para aquecer a gua transformando-a em vapor que acionar os pistes, pode ser citada como exemplo de energia trmica. A energia qumica manifesta-se quando certos corpos so postos em contato, proporcionando reaes qumicas. O exemplo mais comum de energia qumica a pilha eltrica. A energia eltrica manifesta-se por seus efeitos magnticos, trmicos, luminosos, qumicos e fisiolgicos. Como exemplo desses efeitos, podemos citar: a rotao de um motor (efeito magntico), o aquecimento de uma resistncia para esquentar a gua do chuveiro (ef eito trmico), a luz de uma lmpada (efeito luminoso), a eletrlise da gua (efeito qumico), a contrao muscular de um organismo vivo ao levar um choque eltrico (efeito fisiolgico). Conservao de Energia A energia no pode ser criada, nem destruda. Ela nunca desaparece, apenas se transforma, ou seja, passa de uma forma de energia para outra. H vrios tipos de transformao de energia e vamos citar os mais comuns: transformao de energia qumica em energia eltrica por meio da utilizao de 6Energia

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baterias ou acumuladores que, por meio de uma reao qumica geram ou armazenam energia eltrica. Transformao de energia mecnica em energia eltrica, quando a gua de uma represa flui atravs das comportas e aciona as turbinas dos geradores da hidroeltrica. Transformao de energia eltrica em mecnica que acontece nos motores eltricos que, ao receberem a energia eltrica em seu enrolamento, transformam-na em energia mecnica pela rotao de seu eixo. Unidades de Medida de Energia Para melhor conhecermos as grandezas fsicas, necessrio medi-las. H grandezas cuja medio muito simples. Por exemplo, para se medir o comprimento, basta apenas uma rgua ou uma trena. Outras grandezas, porm exigem aparelhos complexos para sua medio. As unidades de medida das grandezas fsicas so agrupadas em sistemas de unidades onde as medidas foram reunidas e padronizadas no Sistema Internacional de Unidades, abreviado para a sigla SI. A unidade de medida de energia chamada joule, representada pela letra J, e corresponde ao trabalho realizado por uma fora constante de um newton (unidade de medida de fora) que desloca seu ponto de aplicao de um metro na sua direo. As grandezas formadas com prefixos SI tm mltiplos e submltiplos. Os principais so apresentados na tabela a seguir.Prefixo SIGiga Mega Quilo Mili Micro Nano Pico

SmboloG M K m n p

Fator multiplicador10 = 1 000 000 000 10 = 1 000 000 10 = 1 000 10 = 0,001 10 = 0,000 001 10 = 0,000 000 001 10-12 -9 -6 -3 3 6 9

= 0,000 000 000 001

Voc deve se familiarizar com todas as unidades com os prefixos SI e suas unidades derivadas, pois elas sero usadas durante todo o curso. ExercciosEnergia

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Responda s seguintes perguntas: a) O que energia?

b) Cite dois tipos de transformao de energia.

c) Cite trs formas de energia.

d) D um exemplo prtico de energia cintica, no citado no texto.

e) Qual a unidade de medida de energia?

f) Cite um efeito fisiolgico da energia eltrica.

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Energia

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Matria

O estudo da matria e sua composio fundamental para a compreenso da teoria eletrnica. Por isso, neste captulo estudaremos o arranjo fsico das partculas que compem o tomo e a maneira como essas partculas se comportam. Isso facilitar muito o estudo dos fenmenos que produzem a eletricidade. Composio da Matria Matria tudo aquilo que nos cerca e que ocupa um lugar no espao. Ela se apresenta em pores limitadas que recebem o nome de corpos. Estes podem ser simples ou compostos. Observao Existem coisas com as quais temos contato na vida diria que no ocupam lugar no espao, no sendo, portanto, matria. Exemplos desses fenmenos so o som, o calor e a eletricidade. Corpos simples so aqueles formados por um nico tomo. So tambm chamados de elementos. O ouro, o cobre, o hidrognio so exemplos de elementos. Corpos compostos so aqueles formados por uma combinao de dois ou mais elementos. So exemplos de corpos compostos o cloreto de sdio (ou sal de cozinha) que formado pela combinao de cloro e sdio, e a gua, formada pela combinao de oxignio e hidrognio. A matria e, consequentemente, os corpos compem-se de molculas e tomos.

Matria

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Molcula Molcula a menor partcula em que se pode dividir uma substncia de modo que ela mantenha as mesmas caractersticas da substncia que a originou. Tomemos como exemplo uma gota de gua: se ela for dividida continuamente, tornar-se- cada vez menor, at chegarmos menor partcula que conserva as caractersticas da gua, ou seja, a molcula de gua. Veja, na ilustrao a seguir, a representao de uma molcula de gua.tomos de

tomo de hid i

As molculas se formam porque, na natureza, todos os elementos que compem a matria tendem a procurar um equilbrio eltrico.

= molculatomo tomo

tomo Os animais, as plantas, as rochas, as guas dos rios, lagos e oceanos e tudo o que nos cerca composto de tomos. O tomo a menor partcula em que se pode dividir um elemento e que, ainda assim, conserva as propriedades fsicas e qumicas desse elemento. Observao Os tomos so to pequenos que, se forem colocados 100 milhes deles um ao lado do outro, formaro uma reta de apenas 10 mm de comprimento. O tomo formado de numerosas partculas. Todavia, estudaremos somente aquelas 10Matria

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que mais interessam teoria eletrnica. Existem tomos de materiais como o cobre, o alumnio, o nenio, o xennio, por exemplo, que j apresentam o equilbrio eltrico, no precisando juntar-se a outros tomos. Esses tomos, sozinhos, so considerados molculas tambm. Constituio do tomo O tomo formado por uma parte central chamada ncleo e uma parte perifrica formada pelos eltrons e denominada eletrosfera. O ncleo constitudo por dois tipos de partculas: os prtons, com carga positiva, e os nutrons, que so eletricamente neutros. Veja a representao esquemtica de um tomo na ilustrao a seguir.rbita rbita ncleo eltron nutron prton

Os prtons, juntamente com os nutrons, so os responsveis pela parte mais pesada do tomo. Os eltrons possuem carga negativa. Como os planetas do sistema solar, eles giram na eletrosfera ao redor do ncleo, descrevendo trajetrias que se chamam rbitas. Na eletrosfera os eltrons esto distribudo