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Apostila de Eletricidade Desenvolvida pelo Prof. MEng. Werther Serralheiro Professor de 1° e 2° Graus da Unidade de Ensino de Araranguá Para a Disciplina de ELETRICIDADE BÁSICA do Curso Técnico em Eletromecânica

A reprodução desta apostila deverá ser autorizada pelo CEFET

1 - Eletricidade Estática 5

1.1 O Átomo 5 1.2 Leis das Cargas Elétricas 6 1.3 O Coulomb 7 1.4 Carga Elétrica Elementar 7 1.5 Campo Eletrostático 8 1.6 Diferença de Potencial 8

2 - Eletrodinâmica 9 2.1 Corrente Elétrica 9 2.2 Resistividade Elétrica 1 2.3 Associação De Resistores 17

2.4 Transformação Y ( T ) / ∆∆∆∆ ( pipipipi ) e vice-versa 25

3 - Geradores e Receptores 27

3.1 Definição de Gerador 27 3.2 Associação de Geradores 28 3.3 Receptores 29

4 - Leis De Kirchoff 31

4.1 Lei das Tensões 31 4.2 Lei das Correntes 3 4.3 Análise Nodal 34

5 - Capacitores 36

5.1 Capacitância 36 5.2 Força Exercida por Duas Cargas 36 5.3 Materiais Dielétricos 37 5.4 Representação Gráfica da Capacitância 38 5.5 Definição de Capacitor 38 5.6 Simbologia 39 5.7 Associação de Capacitores 39 5.8 Energia Elétrica de um Capacitor 41

5.9 Reatância Capacitiva (Xc) 42

6 - Indutores 4 6.1 Indutância 4

6.2 Reatância Indutiva (XL) 45 6.3 Associação de Indutores 46

7 - Tensão Alternada 47

7.1 Geração de tensão alternada 47 7.2 Características da Tensão e da Corrente Alternada 48 7.3 Tipos de Cargas em Sistemas de Tensão Alternada 49 7.4 Circuitos elétricos em Tensão Alternada 53 7.5 Tensão Alternada Trifásica 56 7.6 Potência nos Circuitos de Tensão Alternada 58

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1 - Eletricidade Estática

1.1 O Átomo

Tudo que ocupa lugar no espaço é matéria. A matéria é constituída por partículas muito pequenas chamada de átomos. Os átomos por sua vez são constituídos por partículas subatômicas: elétron, próton e nêutron, sendo que o elétron é a carga negativa (-) fundamental da eletricidade e estão girando ao redor do núcleo do átomo em trajetórias concêntricas denominadas de órbitas.

O próton é a carga positiva fundamental (+) da eletricidade e estão no núcleo do átomo. É o número de prótons no núcleo que determina o número atômico daquele átomo. Também no núcleo é encontrado o nêutron, carga neutra fundamental da eletricidade.

No seu estado natural um átomo está sempre em equilíbrio, ou seja, contém o mesmo número de prótons e elétrons. Como cargas contrárias se anulam, e o elétron e próton possuem o mesmo valor absoluto de carga elétrica, isto torna o átomo natural num átomo neutro.

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1.1.1 Átomo Estável e Instável

Um átomo é estável como vimos anteriormente, quando a quantidade de energia dos elétrons (-) e dos prótons (+) são iguais. Como os elétrons estão divididos em camadas distanciadas proporcionalmente do núcleo, os mesmo possuem energias diferentes, chamados níveis de energia. O nível de energia de um elétron é diretamente proporcional a distância do seu núcleo. Os elétrons situados na camada mais externa são chamados de elétrons de valência. Quando estes elétrons recebem do meio externo mais energia, isto pode fazer com o elétron se desloque para um nível de energia mais alto. Se isto ocorre, dizemos que o átomo está num estado excitado e portanto instável. Na camada mais externa suficiente, alguns dos elétrons de valência abandonarão o átomo, se tornando elétrons livres que produz a corrente elétrica num condutor metálico.

1.2 Leis das Cargas Elétricas

Alguns átomos são capazes de ceder elétrons e outros são capazes de receber elétrons. Quando isto ocorre, a distribuição positivas e negativas que era igual deixa de existir. Um corpo passa a ter excesso e outro falta de elétrons. O corpo com excesso de elétrons passa a ter uma carga com polaridade negativa, e o corpo com falta de elétrons terá uma carga com polaridade positiva.

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1.3 O Coulomb

A quantidade de carga elétrica que um corpo possui é dada pela diferença entre número de prótons e o número de elétrons que o corpo tem. A quantidade de carga elétrica é representada pela letra Q, e é expresso na unidade COULOMB (C).

A carga de 1 C = 6,25x1018 elétrons. Dizer que um corpo possui de um Coulomb negativo ( -Q ), significa que um corpo possui 6,25x1018 mais elétrons que prótons.

Ex.: Um material dielétrico possui uma carga negativa de 18105,12× elétrons. Qual a sua carga em um Coulomb?

1.4 Carga Elétrica Elementar

A menor carga elétrica encontrada na natureza é a carga de um elétron ou próton. Estas cargas são iguais em valor absoluto e valem

Para calcular a quantidade de carga elétrica de um corpo, basta multiplicar o número de elétrons pela carga elementar.

Exercício:

Um corpo apresenta-se eletrizado com carga µC 32=Q. Qual o número de elétrons retirados do corpo?

A carga elétrica difere da corrente elétrica. Q representa um acúmulo de carga, enquanto a corrente elétrica ΙΙΙΙ mede a intensidade das cargas em movimento.

Q = n x e

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1.5 Campo Eletrostático

Toda carga elétrica tem capacidade de exercer força. Isto se faz presente no campo eletrostático que envolve cada corpo carregado. Quando corpos com polaridades opostas são colocados próximos um do outro, o campo eletrostático se concentra na região compreendida entre eles. Se um elétron for abandonado no ponto no interior desse campo, ele será repelido pela carga negativa e atraído pela carga positiva.

Quando não há transferência imediata de elétrons do/para um corpo carregado, diz-se que a carga esta em repouso. A eletricidade em repouso é chamada de eletricidade estática.

1.6 Diferença de Potencial

Em virtude da força do seu campo eletrostático, uma carga é capaz de realizar trabalho ao deslocar uma outra carga por atração ou repulsão. Essa capacidade é chamada de potencial. Cargas diferentes produzem uma d.d.p. (diferença de potencial). A soma das diferenças de potencial de todas as cargas do campo eletrostático é conhecida como Força Eletromotriz (F.E.M.). A sua unidade fundamental é o Volt. A diferença de potencial é chamada também de Tensão Elétrica. A tensão elétrica é representada pela letra E ou U.

Ex.: Qual o significado da tensão de uma bateria ser igual a 6 V? R.:

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2 - Eletrodinâmica

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