Eletricidade basica

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  • 1. Primeira EDIOSerralheiroWerther Serralheiro

2. MINISTRIO DA EDUCAOSECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGUApostila de EletricidadeDesenvolvida pelo Prof. MEng. Werther SerralheiroProfessor de 1 e 2 Graus da Unidade de Ensino de AraranguPara a Disciplina de ELETRICIDADE BSICA do Curso Tcnico em EletromecnicaA reproduo desta apostila dever ser autorizada pelo CEFET 3. SUMRIO1- Eletricidade Esttica 5 1.1 O tomo 5 1.2 Leis das Cargas Eltricas 6 1.3 O Coulomb 7 1.4 Carga Eltrica Elementar7 1.5 Campo Eletrosttico 8 1.6 Diferena de Potencial82- Eletrodinmica9 2.1 Corrente Eltrica 9 2.2 Resistividade Eltrica 11 2.3 Associao De Resistores 17 2.4 Transformao Y ( T ) / ( ) e vice-versa 253- Geradores e Receptores 27 3.1 Definio de Gerador 27 3.2 Associao de Geradores28 3.3 Receptores 294- Leis De Kirchoff 31 4.1 Lei das Tenses31 4.2 Lei das Correntes33 4.3 Anlise Nodal345- Capacitores36 5.1 Capacitncia 36 5.2 Fora Exercida por Duas Cargas 36 5.3 Materiais Dieltricos37 5.4 Representao Grfica da Capacitncia38 5.5 Definio de Capacitor 38 5.6 Simbologia 39 5.7 Associao de Capacitores39 5.8 Energia Eltrica de um Capacitor 41 5.9 Reatncia Capacitiva (Xc)42 4. 6- Indutores 44 6.1 Indutncia44 6.2 Reatncia Indutiva (XL) 45 6.3 Associao de Indutores 467- Tenso Alternada47 7.1 Gerao de tenso alternada 47 7.2 Caractersticas da Tenso e da Corrente Alternada 48 7.3 Tipos de Cargas em Sistemas de Tenso Alternada 49 7.4 Circuitos eltricos em Tenso Alternada 53 7.5 Tenso Alternada Trifsica56 7.6 Potncia nos Circuitos de Tenso Alternada58 5. MINISTRIO DA EDUCAO5SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGU1 - Eletricidade Esttica1.1 O tomoTudo que ocupa lugar no espao matria. A matria constituda porpartculas muito pequenas chamadade tomos. Os tomos por sua vezso constitudosporpartculassubatmicas:eltron,prtonenutron, sendo que o eltron a carganegativa(-)fundamental daeletricidade e esto girando ao redordo ncleo do tomo em trajetrias concntricas denominadas de rbitas.O prton a carga positiva fundamental (+) da eletricidade e esto noncleo do tomo. o nmero de prtons no ncleo que determina onmero atmico daquele tomo. Tambm no ncleo encontrado onutron, 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 seanulam, e o eltron e prton possuem o mesmo valor absoluto de cargaeltrica, isto torna o tomo natural num tomo neutro. ELETRICIDADE Prof. MEng. Werther Serralheiro 6. MINISTRIO DA EDUCAO6SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGU1.1.1 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. ELETRICIDADE Prof. MEng. Werther Serralheiro 7. MINISTRIO DA EDUCAO7SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGU1.3 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. Quala 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=nxeExerccio:Um corpo apresenta-se eletrizado com carga Q = 32 C . Qual o nmero deeltrons retirados do corpo?A carga eltrica difere da corrente eltrica. Q representa um acmulo decarga, enquanto a corrente eltrica mede a intensidade das cargas emmovimento. ELETRICIDADE Prof. MEng. Werther Serralheiro 8. MINISTRIO DA EDUCAO8SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGU1.5 Campo Eletrosttico Toda 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 Potencial Em 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.: ELETRICIDADE Prof. MEng. Werther Serralheiro 9. MINISTRIO DA EDUCAO9SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGU2 - Eletrodinmica2.1 Corrente Eltrica Determinados 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.: ELETRICIDADE Prof. MEng. Werther Serralheiro 10. MINISTRIO DA EDUCAO 10SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGUA definio matemtica da intensidade de corrente eltrica dada por: onde:Q = = corrente eltrica em ampre;T 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 depotencial, a tenso aplicada faz com que os eltrons se desloquem. Essedeslocamento consiste num movimento de eltrons a partir do ponto decarga negativa Q numa extremidade do fio,seguindo atravs deste e chegando cargapositiva +Q na outra extremidade.O sentido do movimento de eltrons de para +. Este o fluxo de eltrons. No entantopara estudos convencionou-se dizer que odeslocamento dos eltrons de + para Este o chamado de fluxo convencional dacorrente eltrica.Exerccios1) Em uma seo transversal de um fio condutor circula uma carga de 10 C a cada2 s. Qual a intensidade de corrente?2) Um fio percorrido por uma corrente de 1 A deve conduzir atravs da sua seotransversal 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 isolantedurante 5 s? ELETRICIDADE Prof. MEng. Werther Serralheiro 11. MINISTRIO DA EDUCAO 11SECRETARIA DE EDUCAO MDIA E TECNOLGICACENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE ARARANGU2.2 Resistividade Eltrica Define-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 considerar que os condutores tenham a forma de um fio cilndrico como mostra a figura abaixo. Esta a forma largamente utilizada tanto na transmisso de energia eltrica como na construo de resistores. Considere vrios fios condutores de mesmo material, mesma rea de seco transversal de comprimentos diferentes. Verifica-se que quanto maior o comprimento tanto maior a resistncia do fio. Ento, a resistncia diretamente proporcional ao comprimento do fio. Matematicamente:R = k l Se tomarmos vrios condutores de mesmo material, mesmo comprimento, mas de dimetro diferentes, verificamos que a resistncia inversamente p