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ELETROELETRONICA APLICADA

DIOGO OLIVEIRA

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O que é Eletricidade?

Eletricidade é o ramo da física que tem como objeto de estudo os fenômenos relativos à eletrostática, eletrocinética e eletromagnetismo.

Segundo a lei da conservação da energia, é uma das formas que pode adotar a energia e que dá lugar a múltiplos fenômenos, tais como caloríficos, mecânicos, luminosos etc.

CONCEITOS BÁSICOS

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Corrente Elétrica

A corrente elétrica consiste no movimento ordenado de cargas elétricas, através de um condutor elétrico.

A corrente elétrica é definida como corrente elétrica real (sentido do movimento dos elétrons) e corrente elétrica convencional (consiste no movimento de cargas positivas).

CONCEITOS BÁSICOS

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Corrente Elétrica

O deslocamento livre de elétrons no interior do material (um metal, por exemplo) provoca a aparição da chamada corrente elétrica, a qual origina efeitos físicos diversos, tais como o efeito de Joule (calorífico), a eletrólise (químico) ou a indução magnética (magnético).

O transporte da corrente elétrica, a qual pode ser, de acordo com a sua forma de propagação, alterna ou contínua, pode se dar igualmente em condições adequadas, no seio de gases e líquidos.

A unidade adotada para a intensidade da corrente no SI é o ampère (A), em homenagem ao físico francês Andre Marie Ampère, e designa coulomb por segundo (C/s).

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Corrente Contínua

Corrente contínua (CC ou DC - do inglês direct current) é o fluxo ordenado de cargas elétricas no mesmo sentido. Esse tipo de corrente é gerado por baterias de automóveis ou de motos (6, 12 ou 24V), pequenas baterias (geralmente de 9V), pilhas (1,2V e 1,5V), dínamos,células solares e fontes de alimentação de várias tecnologias, que retificam a corrente alternada para produzir corrente contínua.

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Corrente Contínua

CONCEITOS BÁSICOS

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Corrente Alternada

A corrente alternada (CA ou AC - do inglês alternating current) é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínuacujo sentido permanece constante ao longo do tempo.

A forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas.

CONCEITOS BÁSICOS

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CONCEITOS BÁSICOS

Corrente Contínua Corrente Alternada

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Tensão A tensão elétrica pode ser explicada como a quantidade de

energia gerada para movimentar uma carga elétrica.

no condutor, por onde circula a carga de energia elétrica, a diferença entre o gerador (equipamento responsável por gerar energia) e o consumidor (que pode ser seu computador ou outro equipamento) é que simboliza qual é a tensão que existe nesse condutor.

CONCEITOS BÁSICOS

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Tensão

Um gerador fornece uma energia aos elétrons que pode ser usada de diversos modos, para acender uma lâmpada incandescente, esquentar água através dos chuveiros elétricos, aquecer o ferro elétrico etc.

Os geradores mais conhecidos e mais comuns são as usinas hidrelétricas, pilhas e baterias.

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Tensão

CONCEITOS BÁSICOS

No exemplo ao lado, o gerador, que é a pilha, libera uma partícula eletrizada, esta percorre o condutor e faz acender a lâmpada, depois essa partícula continua seu percurso até retornar à pilha.

Com isso, pode-se concluir que a tensão elétrica é a quantidade de energia que um gerador fornece pra movimentar uma carga elétrica durante um condutor.

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Tensão

Podemos encontrar alguns livros que denominem a tensão elétrica como sendo a diferença de potencial, e a unidade de medida no Sistema Internacional de Unidades é o volt (mesma unidade da força eletromotriz), e sua abreviação é dada da seguinte maneira: ddp.

Geralmente encontramos as informações sobre a tensão nas tomadas residenciais com um valor médio de 110 volts, mas encontramos também tomadas que indicam a tensão de 220 volts. A maioria dos chuveiros elétricos usa tensão de 220 V.

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Tensão Alternada

É a Tensão fornecida pela concessionária de energia.

Sáo as tensões 110V e 220V medidas nas tomadas residenciais.

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Tensão Contínua

São as Tensões encontradas em equipamentos eletronicos.

Por exemplo: Ao se medir a tensão de uma fonte de alimentação de computadores desktops encontramos os valores para tensões de 3,3V e 5V.

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Resistência

Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada.

Seu cálculo é dado pela Primeira Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms.

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Resistência

Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um condutor metálico, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor.

Nesse movimento, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os elétrons encontram uma certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor.

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Resistência

Os fatores que influenciam na resistência de um dado condutor são:

A resistência de um condutor é tanto maior quanto maior for seu comprimento.

A resistência de um condutor é tanto maior quanto menor for a área de sua seção transversal, isto é, quanto mais fino for o condutor.

A resistência de um condutor depende da resistividade do material de que ele é feito. A resistividade, por sua vez, depende da temperatura na qual o condutor se encontra.

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Resistência

CONCEITOS BÁSICOS

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Resistência

EFEITO JOULE Esse efeito caracteriza-se pela transformação da energia

elétrica em calor (energia térmica). A colisão entre alguns elétrons que passam num condutor com os átomos deste é que provoca esse aumento da temperatura, dependendo do tipo do condutor.

Por isso, materiais especialmente construídos para isso são usados em ferro de passar, chuveiro elétrico, lâmpada incandescente, aquecedores, entre outros eletrodomésticos.

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Resistência

Resistores

CONCEITOS BÁSICOS

Não dá pra falar em resistência elétrica sem citar o resistor.

Trata-se de um componente usado na elétrica e na eletrônica, que tem por finalidade, por meio do efeito Joule, controlar a corrente elétrica, provocando queda de tensão.

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Resistência

Potenciômetro

É um componente eletrônico que possui resistência elétrica ajustável. Geralmente, é um resistor de três terminais onde a conexão central é deslizante e manipulável.

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Leitura do Código de cores de ResistoresPara fazer a identificação de um resistor, é gravado, à

sua volta, o valor de sua respectiva resistência elétrica, através de um conjunto de faixas coloridas. A tabela abaixo nos fornece o código das cores indicadas em um resistor.

CONCEITOS BÁSICOS

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Leitura do Código de cores de ResistoresAs faixas coloridas devem ser lidas da extremidade para

o centro do resistor.

Em um resistor, tanto a primeira quanto a segunda faixa correspondem a um número de dois algarismos e a terceira faixa corresponde ao expoente da potência de 10, pelo qual se deve multiplicar esse número.

A quarta faixa faz a representação da tolerância no valor da resistência elétrica.

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Leitura do Código de cores de Resistores Tolerância: Devido ao modo de fabricação dos resistores admite-se que

os mesmos variem de valor dentro de uma faixa pré-estabelecida. Então para um resistor informa-se esta tolerância do valor através da quarta faixa. Tomemos como exemplo:

- Para um resistor de 1000 por 10% temos uma variação no seu valor nominal de fabricação. O mesmo pode ter uma variação de 10% para baixo ou 10% para cima deste valor.

Então ele pode ser de 900 até 1100

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Leitura do Código de cores de Resistores

CONCEITOS BÁSICOS

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Leitura do Código de cores de Resistores

Na figura do slide anterior, o resistor traz quatro faixas, cuja numeração é obtida de acordo com a tabela acima, que é, respectivamente: vermelha (2), verde (5), laranja (3) e prateada (10%). Assim, o valor da resistência elétrica desse resistor é:

R=(25 .103 ±10% de 25 .103) Ω Ou seja, sua resistência tem um valor entre 22.500 Ω

(25.000 – 10% de 25.000) e 27.500 Ω (25.000 + 10% de 25.000).

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Leitura do Código de cores de Resistores Exemplo: Para um resistor = vermelho, violeta, laranja,

dourado então temos:

VERMELHO = 2 VIOLETA = 7 LARANJA = 3 DOURADO = 5%

=27X103 ± 5%

CONCEITOS BÁSICOS

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Leitura do Código de cores de Resistores

Não se fabricam resistores com todos os valores de resistências, mas apenas com um conjunto discreto de valores.

Valores intermediários podem ser conseguidos com associação de resistores, quando preciso, ou com o uso de resistores variáveis, como os potenciômetros.

Os resistores mais comuns são feitos de película ou filme de carbono ou metálico.

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Leitura do Código de cores de Resistores

Obs: para o primeiro e segundo algarismos significativos existem vários valores permitidos, que dependerão da tolerância, mas os mais encontrados são:

10,12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82

As cores, preto, prata e dourado nunca começam com o código, então se uma destas cores estiver em uma das extremidades do resistor, serão as ultimas a serem lidas.

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Lei de Ohm

A Lei de Ohm, assim designada em homenagem ao seu formulador, o físico alemão Georg Simon Ohm(1787-1854), afirma que, para um condutor mantido à temperatura constante, a razão entre a tensão entre dois pontos e a corrente elétrica é constante. Essa constante é denominada de resistência elétrica.

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Lei de Ohm

Ou onde: V é a diferença de potencial elétrico (ou tensão, ou d.d.p.)

medida em volt (V); I é a intensidade da corrente elétrica medida em ampère

(A) R é a resistência elétrica medida em ohm (Ω).

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Lei de Ohm Exemplo 1: Um resistor de 100 Ω é percorrido por uma

corrente elétrica de 20 mA. A ddp entre os terminais do resistor, em volts, é igual a?

Resolução: V = R . iV = 100 . 20 . 10-3

V = 2000 . 10-3

V = 2,0 V

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Lei de OhmExemplo 2: Um resistor ôhmico, quando submetido a uma

ddp de 40 V, é atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 20 A. Quando a corrente que o atravessa for igual a 4 A, a ddp, em volts, nos seus terminais, será?

Resolução:R = V i

R = 40 20

R = 2Ω V = R . i V = 2 . 4 V = 8 V

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Lei de OhmExemplo 3: Ao ser estabelecida uma ddp de 50V entre os

terminais de um resistor, estabelece-se uma corrente elétrica de 5A. Qual a resistência entre os terminais?

Exemplo4: Um resistor de resistência R, ao ser submetido a uma ddp U, passa a ser percorrido por uma corrente i. O valor da corrente elétrica, se a ddp for o dobro do valor inicial e a resistência for substituída por outra de valor 3R, é:

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Potência

Podemos dizer que ainda hoje uma das maiores preocupações mundiais refere-se ao consumo de energia elétrica. Além de a energia elétrica aumentar o orçamento das famílias, sua produção e sua distribuição constituem um grande desafio para os governantes das mais diversas nações.

Você já deve ter comprado lâmpadas para sua casa ou ao menos deve ter trocado uma lâmpada queimada. Para isso, duas coisas foram observadas: a tensão da rede local (110 V ou 220 V) e a potência nominal da lâmpada. Podemos dizer que a potência está ligada ao brilho da lâmpada e à energia que está sendo transformada em cada unidade de tempo.

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Potência

Assim, quando utilizada nas condições especificadas pelo fabricante da lâmpada, uma lâmpada de 100 W brilha mais e também consome mais energia que uma lâmpada de 50 W.

Em meio a esse exemplo podemos dizer que potência é uma grandeza física que mede a energia que está sendo transformada na unidade de tempo, ou seja, mede o trabalho realizado por uma determinada máquina na unidade de tempo.

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Potência

Em sistemas elétricos, a potência instantânea desenvolvida por um dispositivo de dois terminais é o produto da diferença de potencial entre os terminais e a corrente que passa através do dispositivo.

Isto é,

P = V.I onde I é o valor instantâneo da corrente e V é o valor

instantâneo da tensão. Se I está em ampères e V em volts, P estará em watts.

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Potência

Exemplo 1: Um chuveiro elétrico está instalado numa casa onde a rede elétrica é de 110 V. Um eletricista considera aconselhável alterar a instalação elétrica para 220 V e utilizar um chuveiro de mesma potência que o utilizado anteriormente, pois, com isso, o novo chuveiro:

a) consumirá mais energia elétrica. b) consumirá menos energia elétrica. c) será percorrido por uma corrente elétrica maior d) será percorrido por uma corrente elétrica menor e) dissipará maior quantidade de calor.

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Potência

Resolução: Sendo a potência elétrica dada pela expressão P = V . i, temos:

I = P/V. Como a potência dissipada pelos chuveiros é a mesma,

então concluímos que quanto maior a diferença de potencial V, menor é a intensidade da corrente.

Portanto, a alternativa correta é a letra d.

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Potência

Exemplo2: Um resistor, submetido à diferença de potencial de 8,0 V, é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i = 0,4 A. Determine:

a) a potência dissipada por esse resistor; b) a potência dissipada por esse resistor quando ele é

percorrido por uma corrente de intensidade i = 2,0 A, supondo que sua resistência seja constante.

CONCEITOS BÁSICOS

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Potência

Resolução: a) Podemos utilizar a expressão P = V . I P = 8 . 0,4

P = 3,2 W

CONCEITOS BÁSICOS

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Potência Resolução: b) Primeiramente, devemos encontrar o valor da resistência

elétrica que é dado pela expressão:

Em seguida, substituem-se os valores

Agora utilizamos a expressão: Substituindo os valores, temos: P = 20 . 22

P = 80 W

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Potência

Exemplo3: Ao aplicarmos uma diferença de potencial 9,0 V em um resistor de 3,0Ώ, podemos dizer que a corrente elétrica fluindo pelo resistor e a potência dissipada, respectivamente, são:

a) 1,0 A e 9,0 W b) 2,0 A e 18,0 W c) 3,0 A e 27,0 W d) 4,0 A e 36,0 W e) 5,0 A e 45,0 W

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Circuitos Elétricos

É o conjunto de interconexões de elementos elétricos em um caminho fechado, de forma a permitir a passagem de corrente elétrica continuamente.

Em um circuito simples, temos uma fonte de tenção (uma bateria) e uma lâmpada.

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Circuitos Elétricos

Elementos de circuitos elétricos.

Elementos passivos: Absorvem energia, como por exemplo o resistor e a dissipam em forma de calor;

Elementos ativos: Capazes de liberar energia ou, gerar energia.Baterias e geradores;

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Circuitos Elétricos

Elementos básicos presentes em circuitos elétricos.

Fontes: Construídos para fornecer energia. Gerador de tensão ou corrente;

Resistores: Elementos passivos que possuem uma determinada resistência, ou seja, dissipam potencia em forma de calor irreversivelmente, quando atravessados por uma corrente elétrica;

Capacitores e Indutores: Elementos ativos, capazes de armazenar enegia na forma de campo elétrico (capacitores) ou campo magnético (indutores).

CONCEITOS BÁSICOS

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Circuitos Elétricos

Definições Curto-Circuito: um fio, com tensão zero sobre ele, independente de passagem de

corrente através do mesmo. Circuito aberto: onde não há fluxo de corrente (i=0), poia há uma interrupção no

circuito. Nó: junção na qual dois ou mais elementos tem uma conexão comum. Entende-se

como um ponto de divisão de corrente. Ramo: caminho que liga dois nós. Composto por um ou mais componentes, tais

como resistências que estão ligadas entre dois nós. Malha: caminho fechado, onde p último nó coincide com o primeiro. Circuito em série: dois ou mais componentes do circuito unem-se em um único

nó. Circuito Paralelo: dois ou mais componentes do circuito unem-se para formar um

novo nó. Pode estar dividindo ou agregando valor. Duas resistências em paralelo divide a corrente, enquanto duas baterias em paralelo somam suas capacidades de corrente.

CONCEITOS BÁSICOS

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Circuitos Elétricos

Leis Aplicáveis Leis de Kirchhoff

- Lei das Correntes ou Lei dos Nós- Lei das Tensões ou lei das Malhas

Lei de Ohm

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Circuitos Elétricos

Lei das Correntes ou Lei dos Nós

Em qualquer nó, a soma das correntes que o deixam(aquelas cujas apontam para fora do nó) é igual a soma das correntes que chegam até ele. A Lei é uma conseqüência da conservação da carga total existente no circuito. Isto é uma confirmação de que não há acumulação de cargas nos nós.

CONCEITOS BÁSICOS

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Circuitos Elétricos

Lei das Tensões ou lei das Malhas

A soma algébrica das forças eletromotrizes (f.e.m) em qualquer malha é igual a soma algébrica das quedas de potencial ou dos produtos iR contidos na malha.

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Frequência

A frequência elétrica é uma grandeza dada em Hertz (Hz), em homenagem ao físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894).

Ela corresponde ao número de oscilações,ondas ou ciclos por segundo que ocorre na corrente elétrica. Pra ficar mais clara essa observação, vamos a um exemplo bem prático. Imagine que uma lâmpada comum fique piscando uma vez a cada segundo. Essa piscada corresponde a oscilação.

CONCEITOS BÁSICOS

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Frequência

A frequência da oscilação, nesse caso, é uma vez a cada segundo. Aplicando a grandeza, corresponde a 1 Hz, e totalmente perceptível ao olho humano, certo?

Agora imagine essa mesma lâmpada piscando 60 vezes por segundo. 60 ciclos por segundo equivalem a 60 Hz, e nesse caso, o olho humano não consegue perceber essa "velocidade".

Pois é essa a frequência mais comum que encontramos na rede elétrica.

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Frequência

O período, normalmente indicado por T, é o período de tempo correspondente a um ciclo, e é o recíproco da frequência f:

A unidade no SI para o período é o segundo.

CONCEITOS BÁSICOS

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Frequência

Principais formas de ondas de Frequência SENOIDAL: Obedece a uma função seno ou cosseno, e é a

forma de onda mais simples. Na eletrônica, é utilizada como onda portadora na maior parte das modulações de rádio.

CONCEITOS BÁSICOS

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Frequência

Principais formas de ondas de Frequência QUADRADA: Caracterizada pela alternância entre um

estado de amplitude nula e outro estado de amplitude máxima, sendo que cada um desses estados temduração igual. Em informática, as ondas quadradas, retangulares ou trens de pulso são utilizadas para a transmissão serial de informações em redes de computadores.

CONCEITOS BÁSICOS

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Frequência

Principais formas de ondas de Frequência TRIANGULAR: Caracterizada por uma ascendência linear

até a amplitude máxima da onda, seguida imediatamente por uma descendência linear até a amplitude mínima.

São usadas como frequência intermediária de controle na modulação por largura de pulso, principalmente em acionamentos elétricos.

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Capacitância

A capacitância ou capacidade é a grandeza elétrica de um capacitor, que é determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que atravessa o capacitor numa determinada frequência.

Sua unidade é dada em farad (símbolo F), que é o valor que deixará passar uma corrente de 1 ampere quando a tensão estiver variando na razão de 1 volt por segundo.

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Capacitância

CAPACITOR: é um componente que armazena cargas elétricas num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica.

O capacitor mais convencional é o de placas paralelas . Em geral, dá-se o nome de placas do capacitor (ou armaduras) aos condutores que o compõem, independentemente das suas formas.

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Capacitância

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Indutância

É a propriedade de um circuito elétrico ou de dois circuitos vizinhos, que faz com que uma força eletromotriz seja gerada pelo processo de indução eletromagnética.

Apresentam uma característica dominante que é simples. Uma proporcionalidade entre a variação de corrente elétrica entre seus terminais e a diferença de potencial elétrico nos mesmos.

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Indutância

Possui, portanto, uma característica elétrica dominante com natureza de indução.

Um indutor é fundamentalmente um armazenador de energia sob a forma de um campo magnético.

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Indutância

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Impedância

Impedância elétrica ou simplesmente impedância é a medida da capacidade de um circuito de resistir ao fluxo de uma determinada corrente elétrica quando se aplica uma certa tensão elétrica em seus terminais.

Em outras palavras, impedância elétrica é uma forma de medir a maneira como a eletricidade "viaja" em cada elemento químico. Todo elemento, do isopor ao titânio possui uma diferente impedância elétrica, que é determinada pelos átomos que compõem o material em questão. Obviamente, alguns materiais terão maior impedância comparado a outros, de menor impedância.

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Impedância

A impedância, expressa em ohms, é a razão entre a voltagem (ddp) aplicada por meio de um par de terminais para o fluxo de corrente entre estes mesmos terminais.

Na corrente contínua (CC em português, DC em inglês) circuito e impedância correspondem à resistência. Ja na corrente alternada(CA em português, AC em inglês) a impedância é uma função da resistência, capacitância e indutância. Indutores e capacitores acumulam tensões que se opõem ao fluxo de corrente.

Esta oposição, chamada reatância, deve ser combinada com a resistência para se encontrar a impedância.

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Impedância em Cabos de Rede:

Uma característica importante que deve ser observada na montagem de uma rede é a impedância dos cabos. A impedância é uma característica elétrica complexa que envolve a resistência e a reatância e que só pode ser medida com equipamentos apropriados.

Os cabos devem ter uma impedância específica para que possam funcionar com os componentes elétricos das placas de interface.

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Impedância em Cabos de Rede:

Em princípio, uma impedância alta ou baixa não causa qualquer problema, mas um cabo deve ter uma impedância correta para evitar a perda do sinal e interferências.

A distância entre dois condutores, o tipo de isolamento e outros fatores especificam uma determinada impedância elétrica para cada tipo de cabo.

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