Apostila de Eletricidade Basica

Apostila de Eletricidade Basica

(Parte 1 de 2)

Notas de Aula

ELETRICIDADE BÁSICA

Salvador, Agosto de 2005.

  1. Conceitos Básicos Fundamentais

Estrutura Atômica

A figura 1.0 é a representação esquemática de um átomo de Bohr.

Este átomo é composto por um núcleo e por uma ou mais camadas de elétrons (eletrosfera). O núcleo é composto de prótons (carga eletrica positiva) e neutrons (carga elétrica neutra).

Carga Elétrica

Foi descoberto experimentalmente que a carga de um elétron é igual a 1,6.10-19 C. Ou seja, um material que possui n elétrons terá uma carga elétrica Q igual a:

,

onde e = 1,6.10-19 C e n é o número de elétrons.

Tensão Elétrica(V)

É a diferença de potencial entre dois corpos, que está ligado diretamente à diferença de cargas entre os dois corpos, ou seja:

Unidade: [V]  Volt (V)

Condutores e Isolantes

Chamamos de condutor todo corpo que possui elétrons livres em sua estrutura cristalina, de forma análoga, todo corpo que não possui esta propriedade é chamado de isolante.

São exemplos de Condutores: ferro, prata, ouro, cobre e alumínio.

Exemplos de materiais Isolantes: Madeira, plástico, vidro e mica.

Isolante

Condutor

Princípio da Atração e Repulsão

Cargas de mesmo sinal se repelem, e cargas de sinais diferentes se atraem.

Corrente Elétrica (A)

É o fluxo ordenado de elétrons que vai sempre do menor potencial para o maior potencial (do mais negativo para o mais positivo).

Intensidade: , onde Q é a quantidade de carga em C e ∆t é o intervalo de tempo gasto pelos elétrons para atravessar o material.

Unidade: (Ampère)

Corrente Contínua e Alternada

Corrente alternada é aquela que alterna (muda) de sinal com o passar do tempo.

Exemplos:

Corrente contínua é aquela que não alterna no decorrer do tempo. Ou seja:

Múltiplos e Submúltiplos

PETA (P) = 1015

TERA (T) = 1012

GIGA (G) = 109

MEGA (M) = 106

KILO (k) = 103

UNIDADE = 1 = 100

MILI (m) = 10-3

MICRO (μ) = 10-6

NANO (n) = 10-9

PICO (p) = 10-12

FENTO (f)= 10-15

Exemplo: Converta

542,2kV em MV = 0,5422MV

5000000V em kV = 5000kV

3,5MV em kV = 3500kV

12MV em V = 12000000V

5,4kV em mV = 5400000mV

0,00054mA em A = 0,00000054 A

500μA em mA = 0,5mA

12000μA em A = 0,012 A

0,4MV em V = 400000 V

123456mA em MA = 0,000123456 MA

1245,765V em MV = 0,001245765 MV

Número de Zeros

Exercícios Propostos 1

  1. Um corpo condutor possui 7,5.1018 elétrons em sua estrutura , qual a carga em Coulomb (C) deste corpo?

  1. Um filamento de uma lâmpada incandescente é atravessado por uma corrente de 0,25 A, quando a lâmpada está ligada. Sabendo que a lâmpada permanece ligada por 3h, determine a quantidade total de carga que atravessa o filamento da lâmpada, bem como, a quantidade de elétrons que atravessou o filamento.

  1. Um corpo deve passar de uma carga de 12μC para uma carga de -32μC. Quantos elétrons ele deve receber para adquirir esta carga?

  1. Um corpo adquiriu 5.1014 elétrons , ficando com carga igual a 160μC. Qual era a carga inicial do corpo?

  1. A corrente que atravessa um condutor vale 200mA. Quantos elétrons passam em um minuto, através deste condutor?

  1. 1018 elétrons por hora circulam num condutor. Qual a corrente que atravessa o condutor?

  1. Defina tensão elétrica e corrente elétrica, especifique suas unidades de medidas.

  1. Transforme 0,000000124985 C em nC.

  1. Quantos elétrons possui um corpo que tem uma carga igual a -1C?

  1. Um corpo está eletrizado com carga de +16C. Ele deve ganhar ou perder elétrons para se tornar neutro? Quantos eletrons serão necessários para este processo?

  1. Sabendo que a corrente necessária para o funcionamento de um chuviro elétrico funcionar é de 20 A. Quantos elétrons circularão pelo chuveiro em 10min de funcionamento? E em 15min?

  1. Um terminal de um condutor possui carga elétrica neutra, e o outro terminal uma carga de -16C. Sabendo que após 1s o primeiro terminal adquiriu 5.1019 elétrons. Calcule a corrente que atravessou o condutor e a carga final de cada terminal.

Respostas dos exercícios propostos 1

1) 1,2 C 2) 2700 C 3) 2,75.1014 elétrons 4) 240μC 5) 7,5.1019 elétrons 6) 44,44mA

8) 124,985 nC 9) 6,25.1018 elétrons 10) Deverá ganhar 1020 elétrons 11) 7,5.1022 elétrons e 11,25.1022 elétrons 12) 8 A.

2. Resistência Elétrica

Resistor

É todo elemento que converte energia elétrica em energia térmica.

Simbologia:

Unidade: [R]  Ohm  

Primeira Lei de Ohm

A corrente elétrica que atravessa um resistor linear (de resistência constante) é proporcional à tensão aplicada em seus terminais, ou seja:

, desta forma, e .

Ex 1: Aplica-se uma tensão de 200 V sobre um resistor linear e observa-se um fluxo de elétrons com intensidade de 1 A. Qual o valor da corrente elétrica que atravessa o resistor, quando o mesmo é submetido a uma tensão de 220 V? Qual a resistência elétrica deste resistor?

Ex 2: Considere os valores fornecidos para o esquema abaixo e calcule o que se pede.

  1. U = 100 V, R = 800 Ohms e I = ?

  1. U = ?, R = 10 Ohms e I = 25 A

  1. U = 220 V, R = ? e I = 20 A

Segunda Lei de Ohm – Resistividade()

A resistividade é uma grandeza característica do material de que é constituido o resistor e que depende da temperatura do material.

R  Resistência ()

  resistividade (.m)

L  Comprimento (m)

A  Área (m2 ou mm2)

Ex : Aplica-se uma d.d.p. de 110 V nas extremidades de um fio de 10 m de comprimento e área de secção transversal 2,2 mm2. Sabendo que a intensidade de corrente no fio vale 10 A, calcule o valor da resistividade  em .mm2/m.

Potência Elétrica e Efeito Joule

P = U x I

[P] = W (Watt) = V x A

P = ou P =

Ex 1: Uma Torneira Elétrica tem as seguintes especificações: 1100W – 110 V. Determine a corrente que circulará pela resistência e o valor desta resistência.

Ex 2: Um chuveiro elétrico de potência 1200 W é ligado a uma rede de 220 V. Qual a intensidade de corrente que circula neste chuveiro? Qual a resistência do chuveiro?

Ex 3: Uma cidade consome 1,0.108 W de potência e é alimentada por uma linha de transmissão de 1000 km de extensão, cuja tensão, na entrada da cidade, é de 100000 V. Esta linha é constituída de cabos de alumínio cuja área de secção reta total vale A = 5,26.10-3 m2. Aresistividade do alumínio vale  = 2,62.10-8 .m. Qual a resistência dessa linha de transmissão? Qual a corrente total que circula pela linha? Qual a potência dissipada (consumida) na linha?

Associação de Resistores

a) Associação em Série

Neste tipo de associação todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica, e a tensão total aplicada à associação é a soma das tensões aplicadas em cada resistor, ou seja:

Características Elétricas Fundamentais:

UAB = UT

IT = I1 = I2 = ... = In

UT = U1 + U2 + U3 + ... + Un

RT = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

b) Associação em Paralelo

Nesta associação todos os resistores têm a mesma tensão entre seus terminais, e em contrapartida, a corrente total desta associação é a soma das correntes nos resistores, ou seja:

Características Elétricas Fundamentais:

UT = UAB = U1 = U2 = U3 = ... = Un

IT = I1 + I2 + I3 + … +In

ou então:

Casos Particulares:

  1. Dois Resistores

  1. Resistores Iguais

Exemplos :

1) Encontre a resistência equivalente entre os pontos A e B nos circuitos abaixo:

a

10

20

)

A

B

5

30

8

35

25

25

b)

c)

d)

e)

f)

g)

2) Determine a resistência equivalente, ou total, entre os pontos: A e B, A e C e B e C.

3) Na associação da figura abaixo, sabe-se que a d.d.p. entre os pontos A e B vale 100V. Determine: A resistência da associação, A intensidade da corrente total na associação e as intensidades de corrente no resistor de 10 e no de 40.

4) Dada a associação abaixo, caucule a corrente total do sistema e a corrente no resistor de 6, sabendo que a tensão total aplicada ao circuito é de 100 V.

Energia Elétrica (kWh)

Como já sabemos, a potência elétrica também pode ser calculada através do efeito Joule, ou seja:

ou

A energia elétrica é, por definição, a potência dissipada por um componente elétrico no decorrer com o tempo, ou seja:

Unidade no Sistema Internacional: [E] = Joule (J)

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