INTRODUÇÃO HISTÓRICO TEORIA ATÔMICA

Visão geral Matéria e elementos Átomos Processos de eletrização

Tensão elétrica ou diferença de potencial (d.d.p.) Corrente elétrica Resistência elétrica Resistores Associação de resistores

Associação de Resistores em Série Associação de Resistores em Paralelo Associação de Resistores Mista

LEI DE OHM (Ω) Leis de kirchhoff 1ª Lei de Kirchhoff 2ª Lei de Kirchhoff Potência elétrica Potência em cc (corrente contínua)

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

Medindo tensão contínua (voltímetro)

Medindo corrente contínua (amperímetro)

Medindo resistências e componentes resistivos

Teste de componentes resistivos e continuidade

CIRCUITOS ELÉTRICOS

Circuito Série

Circuito Paralelo

MAGNETISMO

Campos magnéticos

Eletromagnetismo RELÉ UNIVERSAL

Simbologia e aspecto físico dos relés

Relés de 5 terminais (pinos) BATERIA

Apesar de percebermos os efeitos dos fenômenos elétricos, muitos deles não podem ser visualizados.

Por exemplo: a corrente elétrica não pode ser vista, no entanto podemos sentir seus efeitos, como o choque elétrico, ou ver uma lâmpada acendendo, um motor girando, etc.

A teoria atômica é utilizada para explicar satisfatoriamente os princípios básicos da eletroeletrônica. Vejamos alguns conceitos fundamentais:

Matéria:

É tudo aquilo que ocupa lugar no espaço.

Exemplo: um bloco de aço, um pedaço de madeira, a água em um copo.

Molécula:

É a menor porção da matéria, que conserva suas propriedades.

Exemplo: molécula de água (H2O)

Átomo:

É a menor parte de uma substância elementar que possui as propriedades de um elemento.

Todas as substâncias são compostas de átomos agrupados.

Exemplos:

• átomo do elemento hidrogênio (H);

• átomo do elemento oxigênio (O).

No átomo existem duas regiões: o núcleo e a eletrosfera. O núcleo é formado por dois tipos de partículas atômicas: os prótons, que têm carga elétrica positiva, e os nêutrons, que não possuem carga elétrica. Na eletrosfera se localizam os elétrons, partículas com carga elétrica negativa, que giram em órbitas elípticas ao redor do núcleo.

As cargas negativas dos elétrons são atraídas pelo núcleo, que tem carga positiva devido aos prótons. Essa atração compensa a força centrífuga que tende a afastar os elétrons do núcleo. Dessa forma, os elétrons mantêm o seu movimento ao redor do núcleo.

Normalmente, um átomo tem o mesmo número de prótons e elétrons e, portanto, é eletricamente neutro.

Os elétrons da camada mais externa da eletrosfera, a camada de valência, são atraídos pelo núcleo com intensidade menor. Uma força externa pode fazer com que o átomo perca ou ganhe um ou mais elétrons dessa camada, tornando-se um íon.

Um átomo pode ter de 1 a 8 elétrons na camada de valência.

Os que têm até 3 elétrons nessa camada possuem maior facilidade em perder elétrons.

Os materiais condutores são constituídos de átomos desse tipo.

Nos átomos dos condutores, os elétrons da camada de

valência se deslocam livremente entre os átomos do

material, “saltando” de um átomo a outro

desordenadamente. São os chamados elétrons livres.

Devido à sua presença, esses materiais permitem

facilmente a passagem de uma corrente elétrica.

Como exemplo de condutores, podemos citar os metais

como o cobre, o alumínio, o ouro, e algumas soluções

iônicas, como sais e ácidos.

Os materiais isolantes se constituem de átomos que têm 5 ou mais elétrons na última camada, e têm mais facilidade de ganhar elétrons. Esses materiais quase não possuem elétrons livres, portanto oferecem grande oposição à passagem da corrente elétrica. É o caso da borracha, do vidro, do plástico, etc.

A eletricidade é o conjunto dos fenômenos que envolvem as cargas elétricas, estejam elas em repouso ou em movimento. Quando se trata de cargas em repouso, chamamos de eletricidade estática.

Um dos princípios fundamentais da eletricidade é o princípio de atração e repulsão entre cargas elétricas.

De acordo com esse princípio, as cargas elétricas se apresentam em dois tipos, as positivas e as negativas. As cargas de sinais diferentes se atraem e as cargas de mesmo sinal se repelem (Lei de Du Fay).

A eletrização dos corpos é um dos fenômenos da eletricidade estática. Por meio da eletrização um corpo pode adquirir carga elétrica positiva (ficando com falta de elétrons) ou negativa (ficando com excesso de elétrons).

Denomina-se eletrização o fenômeno através do qual um corpo neutro passa a eletrizado, ou seja:

É o ato de um corpo adquirir ou ceder cargas elétricas negativas quando o mesmo encontrava-se eletricamente neutro.

• Se atritarmos um vidro com um pedaço de lã, o vidro

adquire carga positiva, pois cede elétrons para a lã, que por

sua vez fica carregada negativamente. Borracha

atritada com lã recebe elétrons, adquirindo carga negativa.

Uma diferença de potencial elétrico pode ser gerada em um termopar, uma vez que a

uma variação de temperatura na junção de dois metais está associada

uma tensão elétrica (termoeletricidade).

Uma célula solar transforma energia

luminosa em energia elétrica (fotoeletricidade).

Uma compressão entre as faces de um cristal piezoelétrico, como o

quartzo, cria uma diferença de potencial

elétrico entre elas (piezoeletricidade).

A indução eletromagnética é o meio mais usual de produzir eletricidade. Ela permite a

transmissão, sem contato, de energia elétrica ou magnética, por meio de um condutor submetido a

uma tensão ou de um ímã. Os alternadores de todos os veículos produzem eletricidade segundo

esse princípio.

Uma bateria de acumuladores ou uma pilha seca não acumulam

eletricidade. Produzem eletricidade sob demanda através

de reação química. O que a bateria acumula é energia

potencial das placas, constituídas de materiais

diferentes e de um eletrólito.

Foi um italiano, Alessandro Volta, que descobriu a

chamada pilha de Volta, em torno de 1800. Sua

descoberta, o efeito voltaico, é a consequência da

transformação de energia química em eletricidade.

A idéia de campo elétrico surgiu em 1820, com Michael Faraday, que considerava que uma carga elétrica criava uma alteração no espaço ao seu redor.

O campo elétrico ao redor de cargas elétricas ou de corpos eletrizados exerce influência sobre outras cargas colocadas em sua área de ação, fazendo surgir forças que atuarão nessas cargas.

Pode-se representar o campo elétrico ao redor de cargas puntuais por meio de linhas de força. Estas linhas têm a direção e o sentido da força que age em uma carga de prova positiva colocada no campo elétrico gerado pela carga puntual.

Veja a representação das linhas de força dos campos elétricos gerados por uma carga puntual positiva e uma negativa.

Agora, veja a interação entre os campos de duas cargas puntuais de sinais contrários colocadas lado a lado. Observe a diferença para duas cargas de mesmo sinal.

Você pode observar que as linhas de força comprovam a Lei de Du Fay, ou seja, cargas de sinais contrários se atraem, e cargas de mesmo sinal se repelem.

Entre duas placas carregadas, uma positivamente e outra negativamente, cria-se um campo elétrico uniforme, cuja intensidade é igual em qualquer ponto.

Este campo elétrico concentra energia, pois é capaz de realizar trabalho, provocando o deslocamento de uma carga colocada em sua área de ação. A energia armazenada em forma de campo elétrico é o princípio em que se baseou a criação do capacitor.

Este importante componente estudaremos em um item específico, mais à frente.

A eletricidade dinâmica trata dos fenômenos que

envolvem elétrons em movimento.

Inicialmente, vejamos o significado de algumas

grandezas elétricas principais, que são de

grande importância para a compreensão dos demais

assuntos da apostila.

Potencial elétrico é a quantidade de cargas elétricas

presentes em um corpo.

Se dois corpos têm quantidades

diferentes de carga, e portanto

potenciais diferentes, há entre eles uma diferença de potencial.

A tensão elétrica é a diferença de potencial entre dois corpos ou dois pontos distintos

de um circuito elétrico.

A unidade de medida de tensão, no Sistema

Internacional de Unidades (SI) é o Volt

(V).

Por exemplo, a bateria de um automóvel fornece tensão de 12 Volts.

A tensão que alimenta os circuitos das residências pode ser normalmente de 127 V ou 220 V.

Se unirmos dois corpos com potenciais diferentes, utilizando um condutor, eles tendem a equilibrar- se eletricamente. Para isso, o corpo de maior potencial negativo irá perder elétrons, enquanto que o corpo de menor potencial negativo irá receber elétrons.

Os elétrons livres do condutor entrarão em movimento, passando de um átomo a outro, em direção ao corpo com menos carga.

Assim, a corrente elétrica é o fluxo orientado de

elétrons através de um condutor, quando

submetido a uma diferença de potencial.

A intensidade de corrente é dada pela quantidade de

elétrons que passa através do condutor em

determinado tempo (dado em segundos).

A fórmula matemática é:

Como essa quantidade de elétrons é sempre muito grande, criou-se a unidade de carga elétrica, o Coulomb (C).

A unidade de medida de corrente no SI é o Ampère (A). Um ampère é igual à carga de 1 Coulomb passando pelo condutor em 1 segundo.

Por exemplo, se em um circuito está circulando uma corrente de 3 A, significa que estão passando 3 Coulombs por segundo. Se 1 Coulomb é igual a 6,28 x 10 elétrons, em cada segundo passarão pelo fio 18,84 x 10 elétrons.

Note que é uma quantidade extremamente grande.

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A corrente elétrica, assim como a tensão elétrica, pode ser de dois tipos:

• Contínua

• Alternada

Tensão contínua é aquela que não sofre variação de polaridade ao longo do tempo. Assim, a corrente elétrica também terá sempre o mesmo sentido, sendo chamada de corrente contínua. São exemplos de fontes de tensão contínua a pilha e a bateria automotiva.

Todos os sistemas eletroeletrônicos dos veículos recebem alimentação de tensão contínua.

A tensão alternada varia periodicamente sua polaridade, invertendo o sentido da corrente elétrica ao longo do tempo.

Essa corrente, chamada corrente alternada, é a que se usa nas residências.

Obs.: O tipo de corrente depende diretamente de sua fonte de tensão. Se a tensão é contínua a corrente também é contínua. Se a tensão é alternada, a corrente aplicada também será alternada.

A resistência elétrica expressa a oposição que um condutor oferece à passagem de uma

corrente elétrica. Uma corrente pode encontrar maior

ou menor dificuldade ao passar por uma carga. Dessa

forma, quanto maior o valor da resistência, menor será a

intensidade da corrente e, quanto menor a resistência,

maior a corrente.

A unidade de medida da resistência elétrica no SI é o Ohm (Ω).

Um condutor ideal é aquele cuja resistência é desprezível. Caso a resistência seja considerável, ele recebe o nome de resistor.

A resistência elétrica de um condutor depende de quatro fatores:

A. Comprimento do material: quanto maior o comprimento, maior a resistência elétrica do material.

B. Área da seção transversal: quanto maior a área, menor a resistência elétrica do material.

C. Resistividade específica do material: os materiais com pequeno número de elétrons livres em seus átomos, à temperatura ambiente, possuem resistividade maior. Já os que possuem muitos elétrons livres, como os metais em geral, são bons condutores, logo possuem baixa resistividade específica.

D. Temperatura: para a maioria dos materiais, a resistência elétrica aumenta à medida que a temperatura aumenta.

Matematicamente, a resistência pode ser expressa na seguinte fórmula:

Onde:

R = resistência elétrica ()

p = resistividade específica (.m)

ℓ = comprimento do condutor (m)

A = área da seção transversal (m2)

A tabela abaixo apresenta a resistividade de alguns materiais, a uma temperatura de 20°C. A unidade de resistividade é dada em Ohm x metro (.m).

O inverso da resistividade é a condutividade, que expressa a característica que o material tem de conduzir bem a corrente elétrica.

Veja a condutividade percentual de alguns materiais:

Um circuito elétrico elementar é composto de uma fonte de energia, de um consumidor de energia (carga) e de condutores, que fecham o caminho que a corrente irá percorrer.

Para compreender melhor, veja no quadro abaixo uma analogia entre um circuito elétrico e um circuito hidráulico.

Obs.: Nos circuitos eletroeletrônicos automotivos sempre deve aparecer o símbolo de terra, conectado ao pólo negativo da fonte. Ele serve de referência para medição de tensão e representa o potencial de “0 Volt”.

Eletricidade / Hidráulica

Estudando as relações entre a diferença de potencial

aplicada a um condutor e a corrente produzida neste, o

cientista George Simon Ohm formulou uma lei simples, mas de grande aplicação no estudo da eletroeletrônica.

A Lei de Ohm diz que a corrente elétrica é diretamente proporcional à tensão, e inversamente proporcional à resistência elétrica. Sua fórmula matemática é:

I=V

R

Onde: I = intensidade de corrente (A)

V = tensão (V)

R = resistência (Ω)

Para facilitar a memorização,

pode-se colocar a fórmula em um

triângulo.

Lei de Ohm

U

R I

U = Tensão

R = Resistência

I = Corrente

Potência Elétrica

P

I U

P = Potência

I = Corrente

U = Tensão

Potência Elétrica

Unidades elétricas Símbolo Unidade Múltiplo Equiva- Instrumento

GRANDEZA da

grandeza

de medida e sub-múltiplo lência de medição

Quilovolt ( kV ) 1 000 V

Tensão U Volt U Voltímetro

Milivolt (mV ) 0,001 V

Quiloampére ( kA ) 1 000 A

Corrente I Ampére A Amperímetro

Miliampére ( mA ) 0,001 A

Quilohm ( k ) 1 000

Resistência R Ohm Ohmímetro

Miliohm ( m ) 0,001

Quilowatt ( kW ) 1 000 W

Potência P Watt W Wattímetro

Miliwatt ( mW ) 0,001 W

Quilohertz ( kHz ) 1 000 Hz

Frequência F Hz H Frequencímetro

Milihertz ( mHz ) 0,001 Hz

Símbolo da

unidade de

medida

1) Calcule o valor da resistência de um

circuito, sabendo que o mesmo é alimentado

com 12Volts e a corrente que circula por ele

é de 4 Amperes.

Exercícios

2) Qual é a resistência de um circuito

alimentado com 12 Volts que apresenta uma

corrente de 3 Amperes?

3) Qual a tensão de alimentação de um circuito

que apresenta uma resistência de 4 Ohms e

uma corrente de 3 Amperes?

Exercícios

4) Calcular o valor de resistência de uma

circuito alimentado com 12 Volts e que

apresenta uma potência de trabalho de 80

Watts.

5) Instalar dois faróis de neblina sendo que

cada lâmpada possui 35 Watts e uma tensão

de 12 Volts. Qual será o valor necessário do

fusível?

Exercícios

6) Calcular a resistência de um componente que

é alimentado com 12 Volts e 4 Amperes.

7) Calcule a tensão de um componente

cuja a resistência é de 3 Ohms e a

corrente de 4 Amperes.

Exercícios

8) Calcule a corrente de um componente cuja a

tensão é 12 Volts e a resistência 4 Ohms.

9) Calcule a potência de um componente cuja a

tensão é 12 Volts e a corrente de 27 Amperes.

Exercícios

10) Calcule a corrente cuja a tensão é de 12 Volts

e a potência de 300 Watts.

11) Calcule a tensão de um componente cuja

a potência é de 120 Watts e a corrente de

6 Amperes.

Exercícios

12) Calcular a resistência de um componente cuja

a potência é de 320 Watts e a tensão que o

alimenta é de 12 Volts.

Circuito elétrico

Circuito elétrico em série

Circuito elétrico em paralelo

Baterias ligadas em série

Baterias ligadas em paralelo

Caixa de

energia

Identificação da bateria

Resistência Elétrica

Segunda lei de Ohm

A resistência elétrica é a

medida da dificuldade da

passagem de corrente sobre

um

dispositivo e é definida pela

equação:

A resistência elétrica é a medida da dificuldade da passagem de corrente sobre um

dispositivo e é definida pela equação:

em que:

• R e a resistência elétrica (em Ω);

• r a resistividade elétrica do material

(em Ω · m);

• ℓ o comprimento do condutor (em m);

• A a área da seção transversal do

condutor (em m²).

Exemplo

Determine a resistência de um fio de cobre, na temperatura de 20 °C, com

2,5 mm² de seção transversal, para os seguintes valores de comprimento:

a) ℓa = 20 cm

b) ℓb = 100 m

c) ℓc = 5 km

Dado: ρcu = 1,7 · 10–8 Ω · m (a 20 °C)

Código de cores de resistências

Exemplo: Se uma resistência tiver a sequência de cores: 1ª Banda – Verde 2ª Banda – Azul Multiplicador – Vermelho Tolerância – Dourado

Associação em série

Associação em paralelo

Associação em misto

Funções do multímetro

Tensão CA

Tensão Cc

Milivolt CC

Resistência

Teste de diodo

Corrente CA

Corrente CC

Tensão elétrica

Medição da tensão

Amperímetro

Amperímetro

Medição da resistência

Magnetismo

Eletromagnetismo

Relés

Relé - Esquema elétrico

Identificação das linhas

Identificação das linhas

Identificação das linhas

Identificação das linhas

Materiais semicondutores São materiais que podem apresentar características de

isolante ou de condutor, dependendo da forma como se apresenta a sua estrutura química.

Um exemplo típico de material semicondutor é o carbono. Dependendo da forma como os átomos do carbono se interligam, o material formado pode se tornar condutor ou isolante.

DIODO

DIODO

POLARIZAÇÃO DIRETA

POLARIZAÇÃO INVERSA

Transistor bipolar O transistor bipolar é um componente eletrônico

constituído por materiais semicondutores, capaz de atuar como controlador da corrente, o que possibilita o seu uso como amplificador de sinais ou como “interruptor eletrônico”.

Estrutura básica A estrutura básica do transistor se compõe de duas

pastilhas de material semicondutor, de mesmo tipo, entre as quais é colocada uma terceira pastilha, bastante mais fina, de material semicondutor com tipo diferente de dopagem, formando uma configuração semelhante a um “sanduíche” .

A configuração da estrutura, em forma de sanduíche, permite que se obtenham dois tipos distintos de transistores:

- Um com pastilhas externas de material N e pastilha central de material P.Este tipo de transistor é denominado de TRANSISTOR BIPOLAR NPN.

- Outro com pastilhas externas de material P e pastilha central de material N, denominado de TRANSISTOR BIPOLAR PNP.

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS

Simbologia