Eletromagnetismo Chuveiro

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    Chuveiros

    eltricos

    Agora voc vai

    ficar por dentro

    de como so

    construdos esses

    aparelhos.

    7 Quando est quente, o chuveiro faz agua"ferver"; quando est frio, a gua noesquenta. O que que tem esse chuveiro?

  • 26

    7

    Vamos descobrir qual a relao entre essas grandezas e os aparelhos eltricos presentes em nosso

    dia-a-dia.

    As informaes contidas nas chapinhas geralmente se referem a grandezas fsicas que indicam as

    condies de funcionamento desses aparelhos.

    Observao do chuveiro

    5. Quantos pontos de contato eltrico existem no resistor?

    6. Observe que o resistor divido em dois trechos. Quaisso os pontos de contato para a posio vero? E para aposio inverno?

    7. Por que o chuveiro no liga quando a gua no temmuita presso?

    roteiro

    1.Dados do fabricante:

    Tenso

    Potncia

    2. Qual a transformao de energia realizada pelo

    chuveiro? Onde ela realizada?

    3. Quando a gua esquenta menos?

    4. D choque em algum lugar quando voc tomabanho?

    Chuveiros eltricos

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    Observe que o resistor tem trs pontos de contato, sendoque um deles permanece sempre ligado ao circuito.

    As ligaes inverno-vero so obtidas usando-secomprimentos diferentes do resistor.

    Na ligao vero usa-se um pedao maior desse mesmofio, enquanto a ligao inverno feita usando-se umpequeno trecho do fio.

    Na ligao inverno, a corrente no resistor dever ser maiordo que na posio vero, permitindo assim que a potnciae, portanto, o aquecimento sejam maiores.

    Quando a tenso, o material e a espessura so mantidosconstantes, podemos fazer a seguinte relao, conforme atabela a seguir.

    O circuito eltrico do chuveiro fechado somente quandoo registro de gua aberto. A presso da gua liga oscontatos eltricos atravs de um diafragma. Assim, acorrente eltrica produz o aquecimento no resistor. Ele feito de uma liga de nquel e cromo (em geral com 60%de nquel e 40% de cromo).

    Na posio vero, o aquecimento da gua menor, ecorresponde menor potncia do chuveiro. Na posioinverno, o aquecimento maior, e corresponde maiorpotncia.

    As ligaes inverno-vero correspondem, para umamesma tenso, a diferentes potncias. Na maioria doschuveiros a espessura do fio enrolado o resistor comumente chamado de "resistncia", a mesma.

    A maioria dos chuveiros funciona sob tenso eltrica de220 V e com duas possibilidades de aquecimento: invernoe vero. Cada uma delas est associada a uma potncia.

    Quando fizemos a classificao dos aparelhos ecomponentes eletrnicos, o grupo dos resistivos, cujafuno produzir aquecimento, foi colocado em primeirolugar. A razo dessa escolha que, normalmente, osresistivos so os aparelhos mais simples. Desse grupovamos destacar chuveiros, lmpadas incandescentes efusveis para ser observados e comparados.

    vero inverno

    aquecimento menor maior

    potncia menor maior

    corrente menor maior

    comprimento do resistor maior menor

    invernoveroAlguns fabricantes usam

    para o vero todo o

    comprimento do resistor,

    e um dos pedaos para o

    inverno.

  • 28

    exercitando....exercitando....exercitando....exercitando....exercitando....

    1. Leia o texto e observe a figura.

    Os chuveiros eltricos tm uma chave para vocregular a temperatura de aquecimento da gua, de acordocom suas necessidades: na posio vero, o aquecimento mais brando, e na posio inverno, o chuveiro funcionacom toda sua potncia. Mas, se for necessrio, voc poderregular a temperatura da gua abrindo mais ou fechando oregistro da gua: quanto menos gua, mais aumenta oaquecimento.

    Responda as seguintes questes:

    a) Qual a tenso do chuveiro?

    b) Qual a potncia que corresponde posio vero?

    c) Em qual das duas posies o resistor tem maior comprimento?

    d) Em qual posio a corrente maior?

    e) Indique no esquema as ligaes inverno e vero.

    f) De acordo com suas observaes, voc diria que oaumento no comprimento do filamento dificulta ou favorecea passagem de corrente eltrica? Explique.

    g) O que acontece se ligarmos esse chuveiro na tenso110 V? Explique

    vero inverno

    aquecimento

    potncia

    corrente

    comprimento do resistor

    2. Complete a tabela abaixo usando adequadamente aspalavras menor e maior:

    220V

    4400/2800W

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    8Lmpadas

    e fusveis

    Aqui voc vai ficar

    por dentro de como se

    obtm diferentes

    brilhos sem mudar a

    tenso e para que

    servem os fusveis.

    Lmpada de 100, de 60, de 25...Afinal, o que que as lmpadas tm

    para se diferenciaremumas das outras?

  • 30

    8Observao de lmpadas

    Vamos comparar um conjunto de lmpadas e analisar como os fabricantes conseguem obter diferentes potncias semvariar a tenso.

    Os filamentos mais usados so os de formato em dupla espiral, que permitem a reduo de suas dimenses e, aomesmo tempo, aumentam sua eficincia luminosa. Eles so feitos de tungstnio.

    roteiro

    1. Qual delas brilha mais?

    2. Qual a relao entre a potncia e o brilho?

    3. Em qual delas o filamento mais fino?

    4. Qual a relao existente entre a espessura do filamentoe a potncia?

    5. Em qual lmpada a corrente no filamento maior?

    6. Qual a relao existente entre a corrente e a espessura?

    As lmpadas eltricas se dividem em dois tipos bsicos:INCANDESCENTES e de DESCARGA, usualmentechamadas de fluorescentes.

    As lmapadas incandescentes produzem luz por meiodo aquecimento de um filamento de tungstnio, enquantonas lmpadas de descarga a luz emitida graas excitaode gases ou vapores metlicos dentro de um tubo. Porisso, as lmpadas fluorescentes so conhecidas comolmpadas frias.

    Neste momento vamos tratar, apenas, das lmpadasquentes: as incandescentes.

    Essas lmpadas de filamento so classificadas no grupo dosresistivos, pois, embora sejam utilizadas para iluminar, umafrao muito pequena da energia luz ( 5%), o restante,95%, produz aquecimento.

    O princpio de funcionamento da lmpada incandescentebaseia-se na corrente eltrica que aquece um filamento detungstnio. As lmpadas so fabricadas a vcuo para evitara oxidao dos filamentos: o ar retirado no processo defabricao e injetado um gs inerte, em geral o argnio.

    Para obter diferentes luminosidades, o fabricante altera,geralmente, a espessura do filamento: quanto maior aespessura, maior a corrente e, portanto, maior aluminosidade.

    Lmpadas e fusveis

  • 31

    Quando ocorre a fuso, o circuito fica aberto,interrompendo a passagem da corrente, e os aparelhosdeixam de funcionar. Quanto maior for a correnteespecificada pelo fabricante, maior a espessura dofilamento. Assim, se a espessura do filamento do fusvelsuporta no mximo uma corrente de 10A e por um motivoqualquer a corrente exceder esse valor, a temperaturaatingida pelo filamento ser suficiente para derret-lo, edessa forma a corrente interrompida.

    Por isso que os fusveis devem ser feitos de um materialde baixo ponto de fuso, para proteger a instalao.

    fusvel de cartucho

    fusvel de rosca

    Observao dos fusveis

    Os fusveis so elementos essenciais dos circuitos eltricos, pois sua funo proteger a instalao. Existem vriostipos de fusvel; o mais simples deles o de rosca, conforme ilustra a figura a seguir. Nesse tipo, o materialutilizado uma liga que contm estanho. Outro tipo de fusvel o de cartucho, geralmente utilizado em aparelhosde som.

    roteiro

    Nesta atividade vamos comparar um conjunto de diferentes fusveis de rosca.

    1. Identifique num fusvel de rosca seus elementos essenciais: pontos de contato eltrico, filamento e outrosmateriais que o constituem.

    2. Em qual deles a espessura maior?

    3. Qual a relao existente entre a espessura e a corrente indicada pelo fabricante?

    4. De que maneira os fusveis conseguem proteger o circuito eltrico de uma residncia?

    O controle da corrente eltrica feito pela espessura dofilamento.

    Os fusveis se encontram normalmente em dois lugaresnas instalaes eltricas de uma residncia: no quadrode distribuio e junto do relgio medidor. Alm dissoeles esto presentes no circuito eltrico dos aparelhoseletrnicos, no circuito eltrico do carro etc.

    Quando h um excesso de aparelhos ligados num mesmocircuito eltrico, a corrente eltrica elevada e provocaaquecimento nos fios da instalao eltrica. Como o fusvelfaz parte do circuito, essa corrente elevada tambm oaquece. Se a corrente for maior do que aquela quevem especificada no fusvel: 10A, 20A, 30A etc, o seufilamento se funde (derrete) antes que os fios da instalaosejam danificados

  • 32

    exercitando...

    1. Preencha o quadro a seguir utilizando setas na vertical,cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada.

    2. O que acontecer se ligarmos uma lmpada com asinscries (60W-110V) na tenso 220V? Por que?

    3. Por meio de qual processo se obtm luz numa lmpadade filamento?

    4. Preencha a tabela abaixo utilizando setas na vertical,cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada,ou o sinal de igual.

    5. Numa instalao eltrica residencial ocorrefreqentemente a queima do fusvel de 15A. Para resolvero problema, um vizinho sugere que se troque por umoutro de 30A. Esse procedimento correto? Justifique,levando em conta a sua funo no circuito.

    Rapidinhas

    a) Qual a funo do fusvel na instalao residencial?

    b) O que significa a informao 10A no fusvel da figura?

    c) H diferena no fio de fusvel de 20A em relao ao de10A da figura ao lado? Qual? Por qu?

    saiba que...

    Os disjuntores tambm tm a mesma funo dos fusveis:proteger a instalao eltrica.

    Ao constrrio dos fusves, os disjuntores no so danificadosquando a corrente no circuto maior que a permitida;eles apenas interrompem a corrente abrindo o circuito, deforma que, depois de resolvido o problema, o dispositivopode voltar a funcionar novamente.

    lmpada brilho potncia espessura corrente

    25w

    60w

    100w

    10A

    20A

    30A

    fusveis comprimento espessura corrente

  • 33

    9A potncia nos

    aparelhos resistivos

    Aqui voc vai aprender

    em que condies os

    aparelhos apresentam a

    potncia indicada pelo

    fabricante.

    4400 W

    inverno 2200 W

    vero

    Tomar banho uma das boas e desejveis coisas afazer aps um dia de trabalho, ou de um jogo na

    quadra da escola. Mas se o chuveiro daqueles quequando o tempo est frio ele esquenta pouco e nos diasquentes ele ferve, o banho pode tornar-se um martrio.

    Como que se obtm o aquecimento desejado nessesaparelhos?

  • 34

    9Para entrar em funcionamento, um aparelho eltrico tem

    de estar conectado a um circuito eltrico fechado, que

    inclui alm dele uma fonte de energia eltrica. No caso

    do circuito eltrico da nossa casa, ele formado de

    fios de cobre cobertos por uma capa de plstico, e a

    fonte a usina.

    A maioria dos aparelhos resistivos so formados de

    apenas um fio metlico enrolado, que chamado de

    resistor.

    H tambm aparelhos resistivos que no possuem o

    enrolamento de fio metlico, como o ferro de passar

    roupas, os ebulidores de metal, os resistores cermicos

    de aquecedores.

    Os fios de cobre da instalao da casa so ligados

    s suas extremidades e, assim, o circuito fechado.

    Quando o aparelho entra em funcionamento, a

    corrente eltrica no circuito faz com que o

    aquecimento fique mais concentrado no resistor. Por

    exemplo, nas lmpadas esse aquecimento muito

    grande e o filamento atinge temperaturas acima de

    2000oC. J nos chuveiros e torneiras eltricas, a

    Potncia corrente tenso

    Potncia corrente tenso

    Potncia corrente tenso

    Para um certo aparelho, a tenso sempre a mesma

    durante o seu funcionamento. O chuveiro um

    exemplo disso. Mas mesmo assim podem-se obter

    diferentes potncias (vero e inverno) sem variarmos

    a tenso. Isso s vai acontecer se a corrente no resis-

    tor for tambm diferente, j que a tenso da fonte

    sempre a mesma. Para visualizar, podemos escrever

    uma tabela:

    temperatura atingida menor, at porque o filamento

    est em contato com a gua. A mesma coisa acontece

    nos aquecedores, que so utilizados nos dias frios, em

    que o resistor adquire a cor vermelha. Sua temperatura

    fica entre 650oC e 1000oC, dependendo da intensidade

    da cor.

    A potncia nos aparelhos resistivos

    O aquecimento obtido com tais aparelhos um efeito

    da corrente eltrica que existe no seu circuito. Esse efeito

    trmico da corrente eltrica, que tem o nome de efeito

    Joule, inseparvel da sua causa, isto , onde houver

    corrente, h aquecimento.

  • 35

    P = i . U

    A relao entre a potncia, a corrente e a tenso pode serexpressa pela frmula:

    Potncia = corrente x tenso

    ou

    Para que se possa obter esses diferentes graus de

    aquecimento preciso controlar o valor da corrente

    eltrica no resistor.

    Ao variar a resistncia eltrica do resistor, aumentando-a

    muito, mais ou menos ou pouco, regulamos a passagem

    da corrente no resistor e controlamos o valor da corrente.

    O controle do aquecimento em lmpadas, chuveiros e outrosaparelhos resistivos realizado atravs do valor da correnteeltrica que existe no resistor. Assim,

    MAIOR MAIOR MAIORAQUECIMENTO POTNCIA CORRENTE

    Assim, uma primeira forma de pensar esse efeito foi

    considerar a resistncia eltrica de um resistor como a

    medida da "dificuldade" que ele "ope passagem" de

    corrente, idia que surgiu quando a corrente eltrica era

    tida como um fluido. Embora no seja assim, esse modelo

    permite explicar a relao entre resistncia e corrente

    eltrica de forma adequada.

    resistncia eltrica corrente eltrica

    Os resistores no so feitos de cobre, que o material das

    instalaes. Nas lmpadas, por exemplo, o material

    utilizado o tungstnio.

    Alm disso, a espessura do filamento alterada; assim,

    obtm-se valores diferentes de corrente e,

    conseqentemente, de potncia sem que seja necessrio

    mudar o valor da tenso.

    J no chuveiro o material utilizado uma mistura de

    nquel e cromo, e o aquecimento maior no inverno

    obtido com o uso de um pedao menor do seu filamento.

    P = i . U

    resumindo...

    Para se obter diferentes graduaes no

    aquecimento de um certo tipo de aparelho

    resistivo, o fabricante ou muda a espessura

    e/ou muda o comprimento do resistor.

    grande pequenaX

  • 36

    exercitando...

    Rompendo a barreira da escurido

    parte 1

    Como diz o grande sbio que mora aqui no bairro,

    depois de um tropeo vem uma escorregada. Estava

    eu com a cozinha na mais completa escurido quando

    no tive outra sada seno ir at o mercadinho e comprar

    uma lmpada.

    Na urgncia em que me encontrava, peguei a lmpada

    e fui logo substituindo-a pela queimada. Ao ligar,

    percebi que a luz que ela produzia era to fraquinha

    que parecia a de uma vela.

    Minha primeira reao foi culpar o mercadinho, mas

    logo me dei conta de que fui eu mesmo quem pegou

    a lmpada.

    Verificando a potncia da lmpada, observei o valor de

    60 W, a mesma da lmpada queimada, mas a sua tenso

    era de 220 volts, e no de 110 V.

    Voc pode me explicar por que a claridade no foi a

    esperada?

    parte 2

    Voltando ao mercadinho, verifiquei que todas as lmpadas

    postas venda eram de tenso 220 V, mas as potncias

    iam de 25 W at 250 W. Que sugesto voc me daria

    para que fosse possvel, emergencialmente, aumentar a

    luminosidade da minha cozinha? Explique sua sugesto.

    Efeito bumerangue

    Preocupada com o aumento da conta de luz que subia a

    cada ms, uma me, que era a chefe daquela famlia,

    resolveu agir, depois de todos os apelos para que seus

    "anjinhos" ficassem mais "espertos" na hora do banho.

    Ela retirou o chuveiro novo que havia comprado e que

    tinha a potncia de 5600 W / 2800 W - 220 V e recolocou

    o antigo, que tinha potncia de 3300 W/2200 W - 220 V.

    Houve mudana no aquecimento da gua?

    Calcule o valor da corrente em cada caso e verifique se

    isso est de acordo com sua resposta anterior.

    Se isso acontecesse com voc, que outra providncia

    tomaria?

  • 37

    O controle da

    corrente eltrica

    Agora voc vai saber

    de que maneira se

    conseguem diferentes

    aquecimentos.

    Veroinverno no chuveiro; 40 W, 60 W, 100 W nas

    lmpadas. Pela potncia, obtm-se diferentes

    aquecimentos. Como o fabricante consegue fazer isso?

    10

  • 38

    10

    uso materiaisresistncia

    especfica*

    instalao residencial cobre

    antena alumnio

    lmpada tungstnio

    chuveiros nquel-cromo

    capas de fios borracha

    suporte de fios em

    postesmadeira

    apoio de fios em

    postesvidro

    *materiais a 20 C, medido em volt x metro/ampre

    1,7 . 10-8

    2,8 . 10-8

    o

    5,6 . 10-8

    1,1 . 10-6

    1013 a 1016

    108 a 1014

    1010 a 1014

    Resistncia eltrica

    A escolha adequada do material a ser usado como resistorleva em conta a temperatura que ele dever atingir(lembre-se de que ele no pode derreter) e tambm a suacapacidade de "resistir" corrente eltrica. Essa capacidade diferente para cada tipo de material, e por isso ela denominada de resistncia especfica. O valor daresistncia especfica do material vai dizer se ele bomcondutor ou no: quanto maior for esse valor, maior ser a"resistncia" que ele oferece corrente:

    resistncia especfica ALTA mau condutor eltrico

    resistncia especfica baixa bom condutor eltrico

    A tabela a seguir ilustra os valores de alguns materiais:

    pelo controle da corrente que se pode graduar o

    aquecimento produzido pelos aparelhos resistivos.

    Escolhendo um material para ser o resistor, uma espessura

    e um comprimento adequados, a resistncia eltrica do

    resitor fica determinada, e assim o valor da corrente eltrica

    pode ser controlado.

    Existe uma frmula que permite o clculo da resistncia

    eltrica. Adotando-se:

    R para a resistncia eltrica do resistor;

    (l-se r) para resistncia especfica do material;

    l para o comprimento do resistor;

    A para a rea de sua espessura;

    podemos escrever que:

    Nesta expresso matemtica podemos obter um valor

    numrico para a resistncia eltrica do resistor dos aparelhos

    resistivos, como o filamento da lmpada, do chuveiro, dos

    aquecedores, os fios de ligao etc.

    Note que esta expresso est de acordo com a forma como

    as lmpadas so construdas, pois quanto maior for a

    espessura do filamento, maior ser a sua rea e menor ser

    a resistncia eltrica (lembre-se de que ela aparece no

    denominador da frmula).

    O controle da corrente eltrica

    l

    R = . lA

  • 39

    Conseqentemente, maior sero a corrente e a potncia.

    O mesmo se pode dizer para os chuveiros: como o

    comprimento aparece no numerador da frmula, quanto

    maior ele for, maior ser a resistncia eltrica e, portanto,

    menor sero a corrente e a potncia. Isso corresponde

    posio vero.

    Ateno

    Esta expresso permite o clculo da resistncia eltrica de

    um resistor na temperatura em que o valor da resistncia

    especfica foi obtida. Isso quer dizer que se tivermos o

    comprimento e a rea da espessura do resistor do

    chuveiro e conhecermos o material utilizado, poderemos

    calcular a sua resistncia eltrica. O valor encontrado,

    entretanto, pode no ser aquele que o resistor do chuveiro

    vai ter ao funcionar.

    Unidade:

    Quando a tenso medidaem volt e a corrente emampre, a resistncia medida em volt/ampre(V/A), tambm conhecidapor Ohm ().

    inverno

    vero

    resistncia resistncia

    desligada ligada

    A temperatura do resistor muda bastante quando por ele

    est passando corrente eltrica, e consequentemente o

    valor de sua resistncia eltrica tambm se altera: ele

    aumenta muito. Isso acontece porque o valor da resistncia

    especfica depende da temperatura.

    O filamento de uma lmpada de 40 W - 110 V, por

    exemplo, tem resistncia eltrica de aproximadamente

    30 unidades quando ela est desligada. Acesa, a

    temperatura do filamento chega a 2200oC, e o valor de

    sua resistncia passa a ter o valor de aproximadamente

    302,5 unidades.

    Existe uma frmula que permite o clculo da resistncia

    de um resistor em funcionamento:

    tenso eltrica

    Resistncia eltrica = ________________

    corrente eltrica

    ou seja:

    R = U/iR = U/iR = U/iR = U/iR = U/i R = U/iR = U/iR = U/iR = U/iR = U/i

  • 40

    Teste seu vestibular

    1) Qual dos eletrodomsticos abaixo tem seu

    funcionamento baseado no efeito Joule?

    a. Geladeira b. Batedeira c. Torradeira

    d. Liquidificador e. Espremedor de laranjas

    2) No caso de um chuveiro ligado rede de distribuio

    de energia eltrica:

    a. diminuindo-se o comprimento do resistor, reduz-se a

    potncia consumida.

    b. aumentando-se o comprimento do resistor e

    conservando-se constante a vazo de gua, a sua

    temperatura aumenta.

    c. para conservar a temperatura da gua, quando se

    aumenta a vazo, deve-se diminuir o comprimento do

    resistor do chuveiro.

    d. a potncia consumida independe da resistncia eltrica

    do chuveiro.

    e. nenhuma das anteriores.

    exercitando...

    Planos (nada) econmicos

    parte 1

    Numa certa escola, j h algum tempo, os alunos

    reivindicavam um chuveiro para tomar banho quente

    depois dos jogos de campeonatos que se realizavam

    aos sbados tarde. Com a verba curta e os preos nada

    atrativos, foi providenciado um chuveiro "baratinho", que

    depois de instalado mal dava para perceber que estava

    funcionando, pois a gua praticamente no esquentava.

    Proponha duas maneiras diferentes de solucionar esse

    problema, excluda a possibilidade de trocar o chuveiro.

    parte 2

    Na organizao da entrega dos diplomas no teatro da

    escola, a diretora verificou que era preciso fazer a ligao

    de uma tomada para a aparelhagem de som. Encarregou

    o vigia de providenciar o material necessrio mas

    recomendou: no gaste muito, que a verba est no

    fim. Na loja de material eltrico, o vendedor coloca o

    vigia diante de um dilema: comprar os 10 m de fios

    necessrios de qual espessura: mais fino e mais barato

    ou o outro, um pouco mais grosso e mais caro? Ajude o

    vigia a no entrar numa fria e no deixe que ele coloque

    em risco a formatura dos alunos. Leve em conta que a

    potncia do aparelho de som 350 W - 110 V.

  • 41

    11 Ligaes eltricas

    na residncia

    Agora voc vai saber

    como se obtm o 110

    e o 220 e ainda como

    se fazem as ligaes

    de lmpadas,

    tomadas e chuveiros.

    Nas ruas somos capazes de observar quilmetros e

    mais quilmetros de fios apoiados nos postes. Em nossa

    casa dois ou trs desses fios passam pelo medidor e

    depois deixam de ser vistos.

    O que foi feito deles?

  • 42

    11Para compreender um pouco mais e saber como feita ainstalao eltrica em nossa casa, vamos ver os fios quechegam dos postes.

    As caractersticas da eletricidade da rede pblica

    Em alguns municpios a rede eltrica feita com dois fios,um fio fase, que um fio energizado, e um fio neutro,que pode ser tocado sem que se leve choque quando ocircuito est aberto. Nesse caso, a rede chamada demonofsica, e nela s podem ser ligados aparelhos de110 V. s vezes a rede eltrica constituda de dois fiosfase, e a tenso fornecida de 220 V.

    Detalhes da instalao eltrica residencial

    Vamos olhar com mais ateno para os fios que chegam doposte de sua casa ou prdio e descem para o medidor deconsumo de energia eltrica (relgio de luz). Normalmenteso trs fios que vo para o quadro de distribuio. Depoisde passar pelo relgio de luz, que o aparelho que medeo consumo de energia eltrica, chegam ao quadro dedistribuio trs fios que passam pela chave geral, da paraoutras chaves.

    A chave geral serve como interruptor de toda a instalaoeltrica; quando desligada, os aparelhos no funcionam.Isso facilita o manuseio na instalao e at pequenos reparos.

    Da chave geral os fios podem ser combinados dois a dois,podendo fornecer tenses 110 V e 220 V, passando poroutras chaves de distribuio: fase e neutro (110 V) e fasefase (220 V).

    Em outros municpios chegam trs fios, sendo dois fiosfase e um fio neutro; nesse caso, a rede chamada debifsica, podendo ligar aparelhos de 110 V ou 220 V,dependendo da distribuio do circuito residencial.

    Ligaes eltricas na residncia

  • 43

    2. Tomada simples e lmpada cominterruptor (220 V)

    Nesse caso, os dois fios de ligao datomada so ligados aos fios fase darede eltrica. Na lmpada, um fio fase ligado ao interruptor e o outro ligado diretamente a um dos contatosno soquete.

    Uma outra maneira de ligar os aparelhos eltricos chamadade ligao em srie. Nesse caso, uma lmpada ouaparelho depende do funcionamento dos demais. Se umaparelho for desligado por qualquer motivo, o circuito ficaraberto, impedindo o funcionamento dos outros, pois serimpedida a passagem da corrente. Portanto, esse tipo deligao no feito nas instalaes de aparelhos eltricosresidenciais.

    A ligao em srie utilizada em alguns circuitos deiluminao de rvores de Natal e nos circuitos internos dealguns aparelhos, como: rdio, TV etc.

    Os fusveis so colocados somente nos fios energizados(fios fase). No devemos colocar fusveis nos contatos dachave por onde passa o fio neutro, pois se ele queimar ocircuito ficar sem o neutro, e um aparelho ligado a estecircuito no funcionar. Alm disso, se uma pessoa tocar oaparelho, poder levar um choque, conduzindo a correnteeltrica para a Terra.

    Tipos de ligao

    Os aparelhos eltricos normalmente j vm com a tensoe a potncia eltrica especificadas e que precisam deintensidades de correntes diferentes para funcionaremcorretamente.

    Pelo funcionamento das lmpadas e aparelhos eltricos deuma residncia possvel perceber que as suas ligaesso independentes. Isto , se a lmpada da sala queimarou for desligada, no haver interferncia no funcionamentode outras lmpadas ou aparelho que estiver funcionando.

    Nessa situao, os aparelhos so ligados de forma quetenham a mesma tenso. A esse tipo de ligao chamamosde ligao em paralelo.

    ateno!

    2. O manuseio durante umatroca de lmpada ou umreparo numa tomada devesempre ser realizado com ocircuito aberto, o que feitodesligando-se a chavegeral.

    1. Na ligao de torneiras echuveiros necessria aligao de um fio terra paraevitar possveis choques.

    Como devem ser instalados os

    aparelhos

    1. Tomada simples e lmpada cominterruptor (110 V)

    Na ligao da tomada, um fio ligadoao fase, e o outro ao neutro. Nalmpada, o fio neutro deve estarligado ao soquete, e o fio fase aointerruptor. Essa medida evita que setome choque quando for trocar almpada, estando o interruptordesligado.

    3. Torneira e chuveiro eltrico

    Normalmente esses aparelhos so fabricados parafuncionar em 220 V mas podem ser fabricados para110 V.

    fase

    fase

    fase

    fase

    neutro

    Tanto num caso como nooutro, as ligaes so feitasde modo semelhante tomada 220 V ou 110 V,conforme o caso.

    neutro

  • 44

    1. Quando mais de um aparelho entra em funcionamento,em certos trechos de circuito eltrico residencial a correnteeltrica maior do que se estivesse ligado apenas umaparelho. Isso deve ser levado em conta no uso debenjamins, que servem para deixar simultaneamente vriosaparelhos conectados numa tomada. Em muitos casos ocorreto ligar um aparelho de cada vez na tomada.

    saiba que...

    1. A figura ilustra uma instalao feita corretamente,descubra o fio fase e o fio neutro. fio .........

    fio ..........

    2. Faa as ligaes corretamente.

    2. A espessura dos fios de ligao tem um papelimportante. Nas instalaes pode ocorrer perdas deenergia, seja por aquecimento dos fios (efeito joule), sejapor fugas de corrente etc., colocando em risco asegurana das pessoas e de toda a instalao.

    Como a corrente determinada pelo aparelho, aespessura dos fios da instalao tem um papel importante,pois se estes forem finos sua resistncia eltrica ser maior,aumentando assim a potncia dissipada.

    Uma mesma corrente que passa por um fio de cobrefino provoca um aquecimento maior do que se ela passarpor um fio de cobre grosso. Portanto, quanto mais grossoo fio, maior a corrente que ele suporta sem aquecer.

    A escolha da fiao para uma instalao deve levar emconta a corrente mxima que os fios suportam.

    tabela

    exercitando....

    fio em

    AWG

    espessur

    em mm

    corrente mxima

    em aberto (A)

    corrente mxima

    em conduite (A)

    16 1,5 15 11

    14 2,1 20 15

    12 3,3 25 20

    10 5,3 40 30

    8 8,4 55 40

    6 13 80 55

    4 21 105 70

    2 34 140 95

    2

    fase

    fasefasefasefasefase

    neutro

    a

  • 45

    12Circuitos eltricos e

    sua representao

    Vamos aprender uma

    maneira de simplificar

    desenhos que

    representam os

    circuitos eltricos.

    BBBBB

    A C

    D

    E

    F

    G

    Hfase

    neutro

    fase

    Na figura abaixo est representada uma rede dedistribuio de 110 V em que foram instaladas 2lmpadas e 2 tomadas: uma para ligar um ferro

    eltrico e outra para um secador de cabelo. Do relgiode luz at a ltima lmpada foram utilizados 30

    metros de fio de cobre 14, incluindo o fase e o neutro.Para completar as ligaes das tomadas e das

    lmpadas, foram necessrios 4 metros de fio 16.

    1

    1

    2

    2

  • 46

    12 Circuitos eltricos e sua representaoc) Suponhamos que apenas a lmpada do interruptor 1 esteja ligada.A corrente exigida para seu funcionamento ser:

    Se ligarmos tambm o ferro eltrico na tomada 2, a corrente exigidapara seu funcionamento ser: i

    2.

    De modo que a corrente entre o relgio de luz e os pontos E e F ser:

    i = i1 + i

    2 = 0,91 + 6,81 = 7,72A

    Ptotal

    = 500 + 100 + 60 + 750 = 1410 W

    a) Para identificar se as ligaes foram feitas em srie ou em paralelo,vamos observar onde os fios da tomada e das lmpadas foram conectados.Nesse caso foram conectados nos fios fase e neutro, que fornecem umatenso de 110 V. Portanto, a ligao foi feita em paralelo.

    Nesse tipo de ligao, o funcionamento desses aparelhos no interrompido quando um deles ligado, desligado ou est "queimado".

    b) Para sabermos qual o fusvel adequado para uma instalao, devemoslevar em conta que todos os aparelhos estejam ligados, fazer a somatotal da potncia consumida de cada aparelho e desprezar a potnciadissipada na fiao,

    1. Com base nos dados indicados na figura da pgina anterior,

    vamos discutir as questes:

    a) Identifique se as ligaes dos aparelhos foram feitas em srie ou emparalelo.

    b) Qual o fusvel adequado para proteger essa instalao, sabendo-seque a corrente mxima admissvel para o fio 14 20A?

    c) Discuta por que possvel substituir por um fio mais fino (16) as ligaesdas lmpadas e tomadas.

    d) Represente esquematicamente esse circuito, calculando os valoresdas resistncias em cada trecho.

    Se todos os aparelhos estiverem funcionando, cada um exigir umadeterminada corrente que pode ser calculada pela equao P = U.i, e acorrente total, que a soma de todas essas correntes, corresponderapenas ao trecho entre o relgio de luz e os pontos A e B.

    d) O clculo das resistncias podem ser feitos usando-se as equaes:P=U . i e R= U/i . Usando o smbolo para os resistores, temos:

    Usando a equao: P = Ui, obtemos:

    que a corrente que passa pela chave na caixa de luz. O fusveladequado para proteger a instalao eltrica de 15A, pois compatvelcom a corrente mxima admitida pelo fio de cobre 14 e est acima dovalor da corrente requerida por todos os aparelhos funcionando aomesmo tempo.

    Admitindo-se que aescolha dos fios foiadequada,.tanto osfios da rede principalquanto os fios que seligam aos aparelhos,possuem resistnciaeltrica desprezvel.Assim, podemossimplificar um poucomais o circuito erepresent-lo damaneira ilustrada aolado.

    P 1410 Wi = = = 12,8A,U 110 V

    ~___ _______

    100 W

    110 Vi1 = = 0,91A,~

    750 W

    110 Vi2 = = 6,81A,~

  • 47Na associao em srie, cada lmpada do circuito est submetida a

    uma tenso cuja soma equivale tenso total entre os extremos A e Bdo circuito (uma vez que as perdas na fiao podem ser consideradasdesprezveis).

    Como a tenso em cada lmpada sempre menor que a tenso aplicadanos terminais da associao, a potncia dissipada em cada uma delas naligao em srie sempre menor do que a indicada pelo fabricante.Nessas condies ela ter um brilho bem menor que o esperado. Almdisso, se uma lmpada queimar, interrompe o circuito e conseqentementeas outras apagam. Por isso esse tipo de ligao no usado nas instalaesresidenciais, mas pode ser achada nos cordes de luzes de rvore denatal; se desligarmos apenas uma delas, apagar toda a seqncia delmpadas em srie.

    UAB

    = UAC

    + UAD

    + UDB

    Como:UAC

    = R1.i, U

    CD = R

    2.i e U

    DB = R

    3.i

    ento: UAB

    = R1.i + R

    2.i + R

    3.i

    Para calcularmos a resistncia equivalente da associao usaremos arelao: U

    AB = R

    eq.i, portanto:

    Req

    . i = (R1 + R

    2 + R

    3).i

    Req

    = R1 + R

    2 + R

    3

    A potncia dissipada na associao em srie calculada pela relao:

    P= R .i2 = Req

    .i2 = (R1 + R

    2 + R

    3 ) . i2 =

    R

    1 .i2 + R

    2 . i2 + R

    3 . i2

    ou seja,

    P = P1 + P

    2 + P

    3

    2. Vamos verificar de que modo podemos ligar trs lmpadas

    L1, L

    2 e L

    3 de mesma tenso em um circuito.

    Existem quatro formas diferentes: todas em srie, todas em paralelo,duas em srie e em paralelo com a terceira ou duas em paralelo e emsrie com a terceira.

    As vantagens e as desvantagens de cada tipo de associao, serodiscutidas a seguir:

    1. Ligao em srie: neste tipo de ligao a mesma corrente seestabelece nas trs lmpadas do circuito. Vejamos a figura.

    A tenso total aplicada s trs lmpadas pode ser escrita como:

    De um modo mais simplificado, temos:

    110 V

  • 48

    2. Ligao em paralelo: este tipo de ligao se caracteriza pelo fatode todas as lmpadas estarem submetidas a uma mesma tenso,desprezando-se a resistncia eltrica dos fios da instalao.

    A tenso AB igual s tenses CD, EF e GH, pois estamos desprezandoa resistncia dos fios. Desse modo podemos reduzir ainda mais oesquema:

    i = U/Req

    , onde Req

    a resistncia equivalente da associao.

    Sendo i1 = U/R

    1, i

    2 = U/R

    2 e i

    3

    = U/R3

    Substituindo na equao i = i1 + i

    2 + i

    3, teremos:

    As correntes estabelecidas em cada uma delas ser i1, i

    2, i

    3, e a corrente

    total, estabelecida entre os pontos A e B do circuito, ser i = i1 + i

    2 +

    i3.

    Assim, se a tenso a mesma, pela lei de Ohm, temos:

    U/Req

    = U/R1 + U/R

    2 + U/R

    3 ou

    1/Req

    = 1/R1 + 1/R

    2 + 1/R

    3

    Na associao em paralelo, a tenso em cada lmpada a mesma, e apotncia dissipada em cada lmpada independe do nmero de lmpadasagrupadas, e, conseqentemente, o brilho da lmpada tambm. O brilho igual ao que teria se ela estivesse sozinha. Alm disso, se uma daslmpadas queimar, as demais no sofrem alterao. por isso que essaligao utilizada nas instalaes eltricas residenciais.

    3. Ligao mista: ocorre quando combinamos os dois tipos de ligaoconforme mostra a figura:

    Nessa situao, a tenso U se aplica nos terminais da srie R1 + R

    2 e em R

    3.

    Assim, L3 ter brilho maior que L

    1 e L

    2. Em funo dessa caracterstica,

    esse tipo de circuito tambm no empregado nas instalaes eltricasresidenciais, mas muito utilizado nos circuitos internos dos aparelhoseletrnicos, como rdio, TV, computadores etc.

    A ltima possibilidade com trs lmpadas a ligao mista com duaslmpadas em paralelo associadas a uma em srie, representada no esquemaabaixo:

    Podemos ainda representar esquematicamente a mesma ligao daseguinte forma:

    Nessa situao, a tenso Uab

    se aplica nosterminais da srie entre R

    3 e o circuito

    paralelo R1 e R

    2. Assim, a corrente i se

    divide em duas partes, L1 e L

    2 , e volta a

    ser a corrente total i em R3; por isso, L

    3

    ter brilho maior que L1 e L

    2.

  • 49

    13

    Voc vai rever o

    contedo das aulas

    anteriores fazendo

    e pensando

    nestas questes.

    EXEXEXEXEXEXERCCIOS Exerccios(Resistncia, tenso e corrente)

  • 50

    13 Exerccios

    a) a resistncia do filamento da lmpada, quando ela estdesligada;

    b) a resistncia do filamento da lmpada ligada.

    4. Considerando que o dimetro do filamento detungstnio de uma lmpada de 40 W - 110 V cerca de3,6 . 10-2 mm, seu comprimento 50 cm e sua resistividade5,6 . 10-8m a 20oC, determine:

    e) faa os mesmos clculos dos itens c e d para a ligaoinverno, considerando que o comprimento do fio, nestecaso, de 2,8 m;

    f) por que na posio inverno a gua da ducha sai maisquente?

    a) faa o esquema da ligao vero dessa ducha;

    b) faa o esquema da ligao inverno;

    c) calcule a resistncia eltrica na posio vero, quando elaest desligada;

    d) calcule a resistncia eltrica da ducha em funcionamentona posio vero;

    detalhe do resistor

    C A B1. Um aquecedor de ambiente cuja potncia 800 W ligado na tenso 110 V.

    a) qual o valor da corrente eltrica no resistor?

    b) qual o valor da resistncia eltrica do resistor?

    c) qual deve ser o valor da resistncia ltrica do resistorpara que ele tenha a mesma potncia e seja ligado natenso 220 V?

    2. Numa instalao eltrica residencial no se deve colocarfusvel no fio neutro, pois se ele queimar, possvel quehaja um aumento de tenso indesejvel em certosaparelhos. Vamos conferir? Considere o esquema:

    (R1, R

    2,..., R

    6 so as

    resistncias eltricas

    de 6 lmpadas)determine:

    a) a tenso aplicada s lmpadas, quando o fusvel do fioneutro est normal (sem queimar);

    b) a tenso aplicada s duas lmpadas de baixo, se ofusvel do fio neutro queimar.

    3. Uma ducha com a inscrio 220 V - 2800 W/3800 Wtem o resistor com o aspecto da apresentado na figura aseguir. Esse resistor constitudo de um fio de nquel-cromo de resistncia especfica 1,1.10-6 .m, 0,6 mm dedimetro e 4 m de comprimento, enrolado em espiral,com trs pontos de contato eltrico. No ponto A estligado um dos fios fase, e aos pontos B e C, dependendoda posio da chave, liga-se o outro fio fase, queestabelece as ligaes inverno/vero.

  • 51

    8. Numa residncia, geralmente chegam trs fios da rua,dois fases e um neutro, que so ligados chave geral.

    a) Faa o esquema de uma chave geral e de trs chavesparciais, de modo a obter duas chaves de distribuio de110 V e outra de 220 V.

    b) Faa um esquema indicando a ligao de uma lmpadacom interruptor, de uma tomada em 110 V e de umchuveiro em 220 V.

    a) a corrente exigida pelo aparelho para dissipar aspotncias nominais quando o chuveiro est ligado com achave na posio vero e na posio inverno;

    b) o menor dimetro possvel do fio e o fusvel que devemser utilizados nessa instalao. Consulte a tabela;

    c) a energia consumida num banho de 15 minutos com ochuveiro ligado na posio inverno;

    d) a porcentagem de consumo de energia em banhos deaproximadamente 15 minutos de uma famlia de trspessoas, cujo consumo mensal de 250 kWh.

    5. Numa rede de 220 V ligado um chuveiro com ainscrio 220 V - 2800/4400 W.

    Utilizando essas informaes e as da tabela da aula 10,determine:

    6. Nas figuras abaixo esto indicadas as informaesencontradas nos folhetos ou chapinhas que acompanhamaparelhos eltricos.

    Qual(is) dele(s) no poderia(m) ser ligado(s) tomada desua casa? Se voc o fizesse, quais seriam as conseqncias?

    7. Uma lmpada de abajur possui a seguinte inscrio:127 V - 22 W.

    a) O que acontece se a ligarmos nos terminais de umabateria de 12 V?

    b) Seria possvel, se dispusssemos de muitas baterias, ligaressa lmpada de modo que ela tenha brilho normal?

    c) Em caso afirmativo, como voc faria?

    d) Caso no seja possvel fazer a ligao da lmpada nasbaterias, como e onde ela deveria ser ligada para ter brilhonormal?

    liquidificador

    110 V/300 W/60 Hz

    TV 12 V/DC

    30 W

    chuveiro 220 V 2800/3800 Wbatedeira

    50/60 Hz

    250 W

    110 V

  • 52

    1. Uma corrente eltrica de 0,500A flui num resistor de10. A ddp ou tenso eltrica entre as extremidadesdo resistor, em volts, igual a:

    a)( ) 5,0 . 102 c)( ) 20 e)( ) 5,0 . 10-2

    b)( ) 5,0 . 10 d)( ) 5,0

    2. Os resistores R1, R

    2 e R

    3 esto associados como indica

    a figura abaixo. Sabendo que R1 = 2,0 , R

    2 = 2,0 , e

    R3 = 4,0 , podemos afirmar que a resistncia

    equivalente entre os pontos A e B em ohms de:

    a)( ) 2,0 b)( ) 3,3 c)( ) 4,0 d)( ) 6,0 e)( ) 8,0

    3. Um eletricista instalou numa casa, com tenso de120 V, dez lmpadas iguais. Terminado o servio,verificou que havia se enganado, colocando todas aslmpadas em srie. Ao medir a corrente no circuito,encontrou 5,0 . 10-2A. Corrigindo o erro, ele colocoutodas as lmpadas em paralelo. Suponha que asresistncias das lmpadas no variam com a corrente.Aps a modificao, ele mediu, para todas as lmpadasacesas, uma corrente total de:

    a)( ) 5,0A b)( ) 100A

    c)( ) 12A d)( ) 10A

    e)( ) 24A

    teste seu vestibular

    7. Uma lmpada incandescente possui as seguintesespecificaes (ou valor nominal): 120 V, 60 W. Respondaas questes a seguir.

    a) Se ela for ligada em 220V, a potncia permanecer 60W?

    b) Quando a lmpada ligada conforme as especificaes,a resistncia vale 240?

    c) Qualquer que seja a tenso aplicada a lmpada, aresistncia permanece constante?

    d) Quando desligada, a resistncia da lmpada maiorque quando ligada?

    e) Quando ligada, conforme as especificaes, a corrente de 2,0A?

    4. A transmisso de energia eltrica a grande distncia acompanhada de perdas causadas pela transformao deenergia eltrica em:

    a.( ) calor c.( ) energia cintica

    b.( )magnetismo d.( ) luz

    5. Um aquecedor eltrico dissipa 240W quando ligado auma bateria de 12V. A corrente que percorre a resistncia:

    a)( ) 0,050A c) ( ) 1,67A e) ( ) 2880A

    b) ( ) 0,60A d) ( ) 20A

    6. Um condutor atravessado por uma corrente de 2ampres quando a tenso em seus terminais vale 100 volts.A resistncia do condutor de:

    a) ( ) 0,02 c)( ) 200

    b) ( ) 50 d)( ) 400

    eletro07-2.pdfeletro08-2.pdfeletro09-2.pdfeletro10-2.pdfeletro11-2.pdfeletro12-2.pdfeletro13-2.pdf