Eletricidade I - CC

Eletricidade I - Corrente contínua

Estrutura atómica da matéria

A matéria quer se encontre no estado sólido, líquido ou gasoso é constituída por moléculas, as moléculas por átomos e os átomos por electrões, protões e neutrões.

Os protões e os neutrões encontram-se no núcleo dos átomos.Os electrões têm carga eléctrica negativa e giram em órbitas electrónicas à volta do núcleo dos átomos.Os electrões das últimas órbitas electrónicas que conseguem sair ficam livres e designam-se por electrões livres.

Intensidade da corrente eléctrica

A intensidade da corrente eléctrica (I) é o movimento orientado desses electrões livres ao longo dos condutores eléctricos.

Os condutores eléctricos (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica.Os isoladores eléctricos (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica.

Ampére (A)

Unidade Aparelho de medidaGrandeza eléctrica

AmperímetroIntensidade da corrente elétrica (I) Ampére (A)


AmperímetroIntensidade da corrente elétrica (I)

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Condutor eléctricoElectrões livres

Órbita electrónica

Electrão livre

Órbita electrónica

Electrão livre


Sentido da corrente elétrica

O sentido convencional da corrente elétrica é do potencial positivo (+) para o potencial negativo (-) do gerador.

O sentido real da corrente elétrica é do potencial negativo (-) para o potencial positivo (+) do gerador.

Tensão ou diferença de potencial (d.d.p.)

Para que haja um movimento orientado dos electrões

livres é necessário aplicar ao condutor eléctrico uma

tensão (U) através da utilização de um gerador

eléctrico (pilha, bateria, dínamo ou alternador).

Na figura vemos o gerador (bateria) que é responsável

por criar uma tensão (U) ou diferença de potencial que

vai ser responsável pelo movimento orientado dos

electrões livres que se encontram nos condutores

eléctricos e que ao passarem no filamento da lâmpada

(receptor) vão provocar a emissão de luz.

Volt (V)


VoltímetroTensão ou diferença de potencial (U) Volt (V)


VoltímetroTensão ou diferença de potencial (U)


Condutor eléctricoElectrões livres

+ _

+_


Força eletromotriz – f.e.m.

Um gerador é um dispositivo ou

aparelho que mantém constante a

d.d.p. aos seus terminais. Quando

se liga o terminal positivo ao

negativo através de um receptor

vai haver movimento de cargas

eléctricas, corrente eléctrica. O

gerador vai manter a diferença de

potencial para que continue a haver corrente. O que faz com que a o gerador

mantenha a d.d.p., repondo as cargas internamente do pólo positivo para o

negativo é a sua força electromotriz, que se exprime em volts.

Resistência elétrica

A resistência eléctrica (R) consiste na dificuldade que os materiais apresentam

à passagem da corrente eléctrica.

Os materiais condutores (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por

isso são usados para conduzir a corrente eléctrica, já que apresentam uma

resistência praticamente nula (R ≈ 0).

Os materiais isoladores (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres

por isso não conduzem a corrente eléctrica oferecendo uma grande resistência

à sua passagem (R ≈ ∞).

Ohm ()


OhmímetroResistência eléctrica (R) Ohm ()


OhmímetroResistência eléctrica (R)



Resistividade elétrica

A resistência eléctrica (R) de um condutor aumenta com o

seu comprimento (l) e diminui se a sua secção (S)

aumentar.

Considerando o comprimento do condutor expresso em

metros (m) e a secção do condutor em milímetros quadrados (mm2), a

resistência é expressa em ohm (Ω).

Na expressão aparece um coeficiente de proporcionalidade (ρ) denominado de

resistividade eléctrica que é uma medida da oposição de um dado material à

passagem da corrente eléctrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais

facilmente o material permite a passagem da corrente elétrica.

Múltiplos e Submúltiplos

Sucede por vezes, que a unidade adoptada é muito maior ou muito menor do que a grandeza a medir. Assim, teremos de usar submúltiplos ou múltiplos dessa unidade.O quadro seguinte indica as designações de alguns dos prefixos mais usados.

0,001 = 10-3

0,000 001 = 10-6

0,000 000 001 = 10-9

0,000 000 000 001 = 10-12

mµnp

milimicronanopico

Submúltiplos

1 000 = 103

1 000 000 = 106

1 000 000 000 = 109

1 000 000 000 000 = 1012

KMGT

quilomegagigatera

Múltiplos

Factor de multiplicaçãoSímboloPrefixo

0,001 = 10-3

0,000 001 = 10-6

0,000 000 001 = 10-9

0,000 000 000 001 = 10-12

mµnp

milimicronanopico

Submúltiplos

1 000 = 103

1 000 000 = 106

1 000 000 000 = 109

1 000 000 000 000 = 1012

KMGT

quilomegagigatera

Múltiplos

Factor de multiplicaçãoSímboloPrefixo



Lei de Ohm

Quando aos terminais de um circuito de resistência R [Ω] é aplicada uma diferença de potencial U [V], produz-se nele uma corrente de intensidade I [A], cujo valor obedece à expressão:

Aplicação da lei de Ohm



Circuito eléctrico

Qualquer circuito eléctrico é constituído por gerador, receptor, condutores eléctricos e geralmente por um aparelho de comando.

Geradores de corrente contínua:Pilha, bateria de acumuladores ou dínamo.

Gerador de corrente alternada:Alternador.

Receptores:Lâmpada, campainha, motor, electrodomésticos.

Aparelhos de comando:Interruptor, botão de pressão.

Condutores eléctricos:Condutor de cobre com um isolamento exterior de plástico.

Simbologia

Um circuito eléctrico é representado por um esquema eléctrico através de símbolos.


Gerador

Receptor

Co

nd

uto

res

Aparelho de comando

Gerador

Receptor

Co

nd

uto

res

Aparelho de comando

+ _

+ _

G _

G ~

M

CondutorLâmpada

Botão de pressão

Alternador

InterruptorDínamo

MotorBateria de acumuladores

CampainhaPilha

CondutorLâmpada

Botão de pressão

Alternador

InterruptorDínamo

MotorBateria de acumuladores

CampainhaPilha


Circuito elétrico aberto e fechado

O circuito eléctrico está aberto porque o interruptor não permite a passagem da corrente eléctrica logo a lâmpada estará apagada.

O circuito eléctrico está fechado porque o interruptor permite a passagem da corrente eléctrica logo a lâmpada estará acesa.

Efeitos da corrente elétrica

A corrente eléctrica quando percorre um circuito eléctrico pode produzir os seguintes efeitos: Efeito calorífico, efeito luminoso, efeito magnético, efeito mecânico, efeito químico.


+ _+ _+ _

+ _+ _+ _


Ligação em série de resistências

As resistências são ligadas umas a seguir às outras.

Síntese das características da associação série

a) A intensidade I é a mesma em todas as resistências b) A tensão total aplicada é igual à soma das tensões parciais nas diferentes resistências UT = U1 + U2 + U3 +...Un c) A resistência total equivalente é igual à soma das resistências parciais RT = R1+ R2 + R3+…Rn

Receptores ligados em série


RT = R1 + R2 + R3


+ _

9 Volt

3 Volt 3 Volt 3 Volt

+ _+ _

9 Volt

3 Volt 3 Volt 3 Volt

Inconvenientes da ligação em série de receptores:

- Se um dos receptores avariar (por exemplo uma lâmpada fundir) a corrente eléctrica já não passa para os outros receptores ou seja, o circuito fica interrompido para os restantes receptores.- A tensão aplicada pelo gerador ao circuito divide-se pelo número de receptores.

Ligação em paralelo de resistências

As resistências estão ligadas em paralelo ou em derivação, quando as extremidades das resistências estão ligadas entre si.

Síntese das características da associação em paraleloa) A tensão é a mesma em todas as resistências. b) A Intensidade total (IT) é igual à soma das intensidades parciais nas diferentes resistências IT = I1 + I2 + I3 +.....In c) A resistência total equivalente é igual à soma dos inversos das resistências parciais d) A resistência total equivalente é sempre menor que a menor das resistências parciais.

Receptores ligados em paralelo


Os receptores são ligados uns a seguir aos outros.

Os receptores são ligados uns aos terminais dos outros.


+ _

9 Volt

9 Volt

9 Volt

9 Volt

Nó ou derivação

+ _

9 Volt

9 Volt

9 Volt

+ _+ _

9 Volt

9 Volt

9 Volt

9 Volt

Nó ou derivação

Vantagens da ligação em paralelo dos receptores:- Se um dos receptores avariar (por exemplo uma das lâmpadas fundir) os outros continuam a funcionar porque a corrente continua a poder passar por eles.- A tensão aplicada pelo gerador ao circuito é a tensão que fica aplicada em cada receptor independentemente do seu número.

Por estes motivos é que todos os receptores das nossas casas estão ligados em paralelo.Potência elétrica

A potência eléctrica de um equipamento pode ser calculada através da tensão

aplicada e da corrente consumida.

A energia eléctrica (W) consumida por um equipamento é definida como sendo

o produto da potência eléctrica pelo tempo.

A unidade de potência eléctrica (P) é o watt (W), do tempo (t) é a hora (h) logo,

a unidade de energia elétrica é o Watt-hora (Wh)

Efeito de Joule



Já foi referido que um dos efeitos da corrente elétrica é o efeito calorífico, ou

seja, esta provoca o aquecimento de todos os condutores e aparelhos que

percorre. Este efeito toma o nome de Efeito de Joule.

A energia elétrica transformada em energia calorífica no circuito elétrico de um

recetor é diretamente proporcional à resistência deste, ao quadrado da

intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem desta.

A corrente é expressa em amperes (A), a resistência em ohm (Ω), o tempo em

segundos (s) e o calor é expresso em joules (J).

Ligação do amperímetro e voltímetro

O Amperímetro é ligado em série no circuito

+ _

A+ _

+ _

A+ _

O Voltímetro é ligado em paralelo ou em derivação aos terminais do recetor ou do gerador



+ _

V+ _

+ _+ _

V+ _

Multímetro

O multímetro é um aparelho de medida que permite medir a Intensidade da corrente eléctrica, a Tensão ou diferença de potencial, a Resistência eléctrica, verificar a continuidade eléctrica, etc.

Transformações energéticas

Dínamo – Transforma energia mecânica em energia elétrica



Motor – Transforma energia elétrica em energia mecânica

Proteção das pessoas

Em caso de electrocussão é importante seguir alguns passos para garantir os primeiros socorros:


η = Pu : Pa

η – rendimentoPu – Potência útil (Potência elétrica)Pa – Potência absorvida (Potência mecânica)

η = Pu : Pa

η – rendimentoPu – Potência útil (Potência mecânica)Pa – Potência absorvida (Potência elétrica)


- Antes de avançar para a vítima deve desligar o disjuntor do circuito (ou o interruptor geral do quadro) que provocou o choque eléctrico. - Se não for possível, deve afastar a vítima dos condutores, garantindo primeiro o seu isolamento (colocar-se sobre uma base isolada – madeira, tapete borracha, etc.) ou utilizar equipamentos isolantes para afastar os condutores. - Se for necessário, aplicar os primeiros socorros à vítima (reanimação cárdio-respiratório) e chamar urgentemente o 112. - Arejar bem o local, desapertar roupa e sapatos. - Manter a vítima numa posição que mantenha a desobstrução das vias respiratórias.

Sensores e transdutores

Transdutor

Dispositivo que converte uma forma de energia noutra.É o caso das células fotovoltaicas que convertem directamente luz em energia eléctrica.

Sensor

Dispositivo que converte uma forma de energia numa variação de uma grandeza eléctrica qualquer, como corrente ou resistência.Esse é o caso das LDR em que o valor da sua resistência varia com a luz que incide nela.


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