Electricidade Básica(a)

8/18/2019 Electricidade Básica(a)

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Curso de Gestão Electrónica Auto

Objectivo:

Aquisição de conhecimentos

de Electricidade e Electrónica,tendo em vista a es ecializa ão de técnicos

de diagnóstico em sistemas de

I ni ão e In ec ão.

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Objectivos Específicos

1. Composição da matéria1.1 Estrutura atómica1.2 Conceito de energia de ionização.

2. Classificação da electricidade e os processos de electrização.2.1 por fricção

2.2 Por contacto2.3 Por indução. once o e corren e e c r ca

3.1 Condições para a condução de corrente eléctrica3.2 Classificação dos materiais quanto à condutibilidade

eléctrica3.3 Condução de electricidade em sólidos3.4 Condução de electricidade em líquidos (electrolise)3.5 Condução de electricidade em meios gasosos

4. Conceitos Fundamentais de Electricidade4.1 Corrente Eléctrica (Ampére).

4.3 Diferença de Potêncial eléctrico (d.d.p) (volt)4.4 Watt4.5 Resistência

4.6 Efeito de Joule. ran ezas c r cas o s ema n ernac ona

6. Múltiplos e Submúltiplos do Sistema Internacional

7. Sentido da Corrente Eléctrica.

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•Composição da matéria

constituição este pode ser formado por um

ou mais elementos (simples ou composto)e ode ainda a sua forma em fun ão datemperatura ou pressão a que está sujeita.

Deste modo distinguem-se três formas:

SólidaLiquidaGasosa

A parte mais pequena de uma substância,

chamamos Molécula. parte, obtemos o Átomo.

Podemos dizer que cada átomo é constituídopor um núcleo central, no qual se concentra

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a sua massa.


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•Estrutura atómica

Cada átomo é constituído or um núcleocentral, constituido por:

• Protões (carga eléctrica positiva).• eu r es e ec r camen e neu ros .•Em torno do núcleo existem os Electrões(carga eléctrica negativa).

A massa do electrão quando comparada à doprotão é muito mais pequena (2000 vezesmenor).

ara o omo e ec r camen e neu ro, o n eelectrões que ‘’girão’’ a volta do núcleo éigual ao nº de protões do núcleo, pois a cargaeléctrica do rotão é i ual em valor absolutoà carga do electrão.Estas partículas possuem uma cargaelectrostática, descrevendo orbitas (linhas de

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orça , vo a o n c eo o omo.


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Se fornecermos energia ao átomoor exem lo elevando a tem eratura

•Conceito de energia de Ionização

por incidência de energia luminosa),essa energia pode ser suficiente para

Que um ou mais electrões do último’ ’’n ve e energ a se am arranca os

do átomo.

Diz-se então ue o átomo foi

ionizado A energia necessária para que talsuceda é chamada:

..

Nota:Qualquer átomo carregado positivamente atrai electrões que equilibram a carga positiva do

seu núcleo, ao passo que um átomo com carga eléctrica negativa, isto é com excesso de

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electrões os cede com facilidade.

Esta possibilidade de partilha de electrões está na origem dos fenómenos eléctricos.


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Formação de iões

Quando o electrão “foge” da acção donúcleo, ficamos com um átomo

or ou ro a o o omo que rece eu oelectrão ‘’arrancado’’ fica com mais umelectrão no seu último nível de energia,

isto o átomo fica carre ado mais.(ião(ião positivo positivo ou ou anião)anião).. negativamente e por isso dizemos que

temos um(ião negativo ou catião).(ião negativo ou catião).

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O estudo da com osi ão da matéria

•Classificação das Áreas de Electricidade

permite-nos concluir que a carga eléctrica

está inevitavelmente associada ao

movimento das partículas atómicas, electrão

Essa forma de energia em electricidade édividida em

.

duas grandes áreas:

ectr c a e st t ca rea que trata osfenómenos e comportamentos eléctricos de

corpos carregados eléctricamente em repouso.

Electricidade Dinâmica Área que estuda

7

.


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•Modos de electrização

-número elevado de átomos desse material perde ou ganha

electrões:

Existem Processos naturais e outros processos que facilitama troca de electrões.

A esses processos chama-mosProcessos de electriza ão.

•Electrização por Fricção Resulta do choque entre partículasem que o aquecimento gerado na superfície do material facilita atroca de electrões. (exemplo vareta vidro ( +) c/ pano de lã (-).

•Electrização por Contacto Resulta da transferência de

cargas positivas ou negativas para um material electricamenteneutro. Este último adquire uma carga igual á do material indutor.

•Electrização por indução Consiste na acumulação de umacarga eléctrica positiva, até ao momento em que se estabeleça o

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contacto com potêncial contrário, em que ocorre o processo de

descarga, voltando o corpo ou matéria a ficar com carga nula.


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Noção de corrente eléctrica.

A energia eléctrica manifesta-se pelossucessivos movimentos de atracção / repulsão de

par cu as.Estes podem ser desenvolvidos através dos

processos de electrização;

Por exemplo:r cç o; press o; ca or; acç o qu m ca, e c...

Existe o chamado fenómeno de condução decorrente (transporte da carga eléctrica), sempre

um movimento ordenado eorientado de partículas

carregadas electricamente.

A intensidade da corrente eléctrica é expressapela quantidade total da carga que se desloca a

determinada velocidade por unidade de tempo.

Facilmente concluímos que o fenómeno dacondução de corrente eléctrica depende

drasticamente

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.


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Condições para que haja condução de corrente eléctrica.

=>presença de electrões livres.

2. Possibilidade de essas cargas se deslocarem=

constituintes do meio não devem impedir odeslocamento de cargas.

.

com que as cargas se desloquem com ummovimento ordenado e orientado => existência

.

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•Sentido da Corrente

Sabemos que a corrente eléctrica resultado movimento ordenado e orientado dos

electrões ao longo de um meio.

Na presença do mesmo campo eléctrico

movimentam-se em sentidos contrários.(Estabilidade eléctrica o nº de electrões

é i ual ao nº de rotões .

Observamos facilmente que os electrões(cargas negativas) num metal adquiremum movimento ordenado e orientado

sent o a corrente .

Conclusão:

O sentido da corrente eléctrica é o ueaponta dos pontos de maior potêncial eléctrico(excesso de electrões), para os pontos de menor

potencial, isto é a corrente fluí no sentido dos

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potenciais decrescentes.


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Afirmamos a pouco que o fenómeno da condução de corrente depende das

•Classificação dos materiais

carac er s cas o me o.Há meios que este fenómeno é facilmente realizável (bons condutores) e

outros em que o fenómeno é muito difícil ou quase impossível (isoladores oudieléctricos .

Condução de Electricidade em SólidosEm relação à condução de corrente podemos identificar três grupos de sólidos:

1. Bons condutores (os metais).2. Maus condutores ou isoladores (diamante, vidro, etc...)3. Os que conduzem corrente em determinadas condições (por ex. por

elevação de temperatura). São os semi-condutores (silício, germânio,etc).

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•Tabela da Condutibilidade Eléctrica dos materiais

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Condução em Líquidos - Electrólise

Os líquidos também podem conduzir menor facilidade do que os metais).

A corrente eléctrica nos líquidos deve-sefundamentalmente ao deslocamento deiões e não de electrões como acontecenos metais.Como consequência os transportadoresde carga são iões, catião (H+);anião (Cl-),verifica-se que nos líquidos a correnteeléctrica é acompanhada de umdeslocamento da matéria, isto significaque inevitavelmente ocorre uma alteração

da constituição do meio.

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•Condução de Electricidade nos meios Gasosos

Sempre que um gás estabelece uma d.d.p.(diferença de potêncial) num meio,

suficiente para provocar a formação de

eléctrica, uma vez que os iões adquiremmovimento, o qual corresponde ao

transporte da carga eléctrica.

Existência de emissão de um raio a partirdo cátodo (placa ao potencial mais baixo),chamado raio catódico, que se propaga emlinha recta e ue roduz uma fluorescência

na parede oposta do tubo. (Ex. LuzFluorescente).

A existência da passagem de correnteeléctrica pode ser detectada através damontagem de um amperímetro montado

em série no circuito.

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Conceitos Fundamentais de Electricidade

Corrente Eléctrica (I) Define-se como sendo a quantidadede carga eléctrica que atravessa um condutor numa

determinada direcção por unidade de tempo.

Carga eléctrica (Coulomb) Q Um Coulomb pode serdefinido como a quantidade de electricidade ou carga eléctrica

este é percorrido por uma corrente de um ampere.

. . . definida como sendo o trabalho necessário para mover uma

carga positiva de 1C de um terminal a outro. . . .

condutor percorrido pela corrente de 1 A, quando a potênciadissipada entre esses dois pontos é 1 W.

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==


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Conceitos Fundamentais

Potência (Watt). Define-se como sendo a quantidade de trabalhorealizado por unidade de tempo.

P = UxIP = UxI W= Volt x ÁmpereW= Volt x Ámpere

Resistência de um Condutor. É uma característica de qualquercorpo, pois quantifica a maior ou menor dificuldade á passagem da

corrente eléctrica.

(1 Ω) é a resistência de um condutor, que ao ser percorrido pelacorrente de 1 ampere dissipa por efeito de joule a potênciacalorífica de 1 W.

Watt R= P/I 2 R= L/s =RxS/L

. eléctrica, liberta energia eléctrica sob a forma de calor, (agitação

térmica dos electrões num condutor).P= k* I 2 ,(k) depende da geometria e das características do material

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que compõe o con u or .


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Grandezas Eléctricas

Sistema Internacional de Unidades (SI) Unidades básicas:

Grandezas Unidade Símbolo

Comprimento Metro m

Massa Quilograma kgempo egun o. s

Corrente Ámpere ATemperatura Kelvin K

uantidade de substância Mole mol

Intensidade de luz Candeia cdCarga Eléctrica Coulomb CTensão (d.d.p) Volt Ves s nc a m

Condutância Siemens S (A/V)Indutância Henry H

Ca acitância Farad FFrequência Hertz HzForça Newton NEnergia/ trabalho Joule J

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o nc a a s

Fluxo magnético Weber WbDensidade de Fluxo magnético Tesla T


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Múltiplos e submúltiplos das unidades SI.

Existe uma relação décimal,indicada por prefixos, entre

os múltiplos e os

unidade. Por exemplo o prefixo

´´Kilo’’, é apalavra queantecede uma unidade para

formar o múltiplo

multiplicativo (1000).

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8. Lei de Ohm

9. Circuito Eléctrico9.1 Ligação em série9,2 Ligação Pararelo

9.3 Noção de Ramo, Malha e nó de um circuito eléctrico10. Determina ão da Resistência e uivalente de um circuito10.1 Em Série10.2 Em pararelo10.3 Casos Particulares

11. Circuito divisor de tensão12. Circuito divisor de Corrente13. Constituição de um circuito eléctrico

13.1 Fonte de energia ou tensão13.1.1 Ligação das fontes de tensão em série e pararelo

13.2 Noção de carga eléctrica num circuito14. Definição de potência Eléctrica15. Lei de Joule

15.1 Exercícios Práticos16. Leis de Kirchoff

16.1 1ª Lei de Kirchoff ou lei das malhas ou tensões16.2 2ª Lei de Kirchoff ou lei dos nós ou correntes16.3 Exercícios Práticos

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Lei de Ohm

George Simon Ohm descobriu experimentalmente

condutor eléctrico, existe uma proporcionalidadeentre a d.d.p. aos seus terminais e a intensidade

de corrente que o percorre. oferece quando percorrido por uma corrente de

1 Ampere, quando a d.d.p. entre os seusterminais é de 1 volt.

U

Nota:Os circuitos constituídos exclusivamente porelementos aos quais se aplica a lei de ohm

desi nam-se or circuitos lineares ou óhmicos.R I

Os circuitos que contêm pelo menos um elementonão linear (diodo, transístor, triac, etc…), a razão

,analisados usualmente por elementos gráficos.

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Exercícios Práticos

= ρ sl R

. ,diâmetro 1.5 mm.

Secção (circ.)= Pi. d2/ 4 m m2

Ω=== 12.076,1

4.055.0

4

5,1.

4055.0

2

π

R

2. Pretende-se elaborar uma instalação de som em fio de cobre com 12 m de comprimento.Para garantir a qualidade de som e a potência disponível a resistência da instalação não deve exceder os 0,5Ω.a) Calcule o diâmetro mínimo para o fio condutor em mm do cabo.

... lsls Rl R =⇔=⇔= ρ ρ ρ S d *422

=== π

a) Cálculo da secção Cálculo do diâmetro do fio

2408.0

12.017.0mms

s

==d 14.3/408.0*4

.4

=

π

22

.

mmd 72,0

.

=


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d 75,0*14.3 22π

3. Um técnico na pesquisa de uma avaria eléctrica mediu 1,2Ω. Sabendo que o circuito utiliza50 m de cabo de cobre com 0.75 mm de diâmetro, determine o local aproximado onde deveráestar a avaria.

ρ ρ

sl

s R =⇔=

ml

ss

16.314415.0*2,1

.44

==

===

Resposta:017.0 Avaria 50-31,16 = 18,84 m

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•Constituição do circuito eléctrico.

A electricidade é um fenómeno, que para seornar ever rea zar uma unç o ou

trabalho.

O circuito eléctrico é o meio físico que

como simples fenómeno para o uso prático.

Para construir um circuito eléctrico é

necessário o uso de pelo menostrês componentes:

1. Fonte de tensão2. Condutores eléctricos ou meio de ligação

3. Carga ou dispositivo que realiza o

Obs:

Para ue a corrente ercorra umra a o circuito eléctrico é necessário que o‘’caminho’’ entre a fonte e a carga

constitua um circuito fechado.

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•Circuito Eléctrico

Na realidade o que encontramos na prática não é aabordagem de um único circuito eléctrico, mas sim vários

con untos ue se encontram li ados entre si de formadiferenciada.

Para que seja possível o estudo em ‘’partes’’ torna-senecessário identificar a forma com cada ramo se encontra

li ado sob o onto de vista eléctrico.

Em electricidade distinguem-se:

estão ligados em série quando estessão percorridos todos pela mesma corrente,

ou seja o terminal de saída de cada elemento esta ligado ao Ligação em Sérieterminal de entrada do elemento seguinte.

Ligação em Paralelo dizemos que dois ou mais

elementos de um circuito estão li ados em aralelo se aligação for tal de modo a que

todos os elementos tenham a mesma diferença depotêncial.

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gaç o arare o


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•Circuito Eléctrico

Noção de Ramo Cada conjunto dee emen os ga os em s r e

constituiu um ramo do circuito.Cada ramo pode conter um ou mais

elementos.

Noção de Malha é um conjunto deramos constituindo um percurso

fechado.

Noção de nó de um circuitoEléctrico Chama-se nó de um

circuito ao ponto de junção de doisou mais ramos.

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Determinação da resistência equivalente de um circuito série

Regra:

A Resistência equivalente a uma associação de resistências em série

é igual a soma das resistências associadas.

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Determinação da resistência equivalente de uma associação deresistências em paralelo.

Regra:A resistência equivalente a uma associação de resistências em paralelo é igualao inverso da soma dos inversos das resistências associadas.

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representado na figura.

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•Circuito divisor de tensão

Na prática encontramos muitas vezesdiversos componentes e circuitos quenecessitam de operar com tensõesdiferentes da tensão da fonte.Uma das formas de o conseguir érecorrendo à utilização dos chamadoscircuitos divisores de tensão.Funcionamento:

Consideramos uma associação de 2resistências, (figura), e calculemosentão a d.d.p. entre os terminais decada resistência.Pela lei de Ohm podemos escrever:

⎟ ⎞

⎜⎛

=⎟ ⎞

⎜⎛

=⇔=== V R

V eV R

V V V V

I 2

21

121

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•Circuito Divisor de Corrente

Encontramos muitas vezes diversoscomponentes e circuitos quenecessitam de operar com correntesdiferentes para cada ramo do circuitoe em função das características dacarga presente em cada ramo.Uma das formas de o conseguir érecorren o u zaç o os c ama os

circuitos divisores de corrente

Funcionamento:Consideramos uma associação de 2

resistências em pararelo e calculemosentão a d.d.p. entre os terminais de

cada resistência. Pela lei de Ohm podemos escrever: = =

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Designa-se fonte de tensão todo o componente

•Fonte de tensão

capaz de produzir energia eléctrica (bateria, pilha,gerador, alternador, barragem hidraúlica, etc...) emque a energia é colocada aos terminais da fonte

como sendo uma d.d.p. permanente a qual é. . . F.e.m. Define-se como sendo a energia ou

trabalho eléctrico (E) produzida pela fonte (Wp) noseu interior durante um certo intervalo de tempo por cada unidade de carga eléctrica que atravessa a suasecç o rec a nesse n erva o e empo.

Essa energia apresenta-se sob a forma de umadiferença de potêncial eléctrico entre os terminais ásaída da fonte.

Nota:Em termos ideais consideramos sempre a fonte detensão como sendo ideal, isto é toda a energia

valor absoluto a energia eléctrica fornecida aoexterior.

= -

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•

Em função das necessidade do circuito eléctrico podemos associar a uma, .

Estas tal como nas cargas resistivas podemos ligar em série (Aumento datensão) ou em paralelo (Aumento da corrente).

•Ligação em série de duas baterias

de uma fonte ao terminal positivo da outra, obtendo no final a somadas duas tensões. VT= V1+V2

•Ligação em Paralelo de duas baterias

Se ligarmos o terminal positivo de uma fonte ao terminal positivo de uma, ,

final uma corrente mais elevada, mantendo-se a d.d.p.Contudo deve-se ter em conta que a fonte mais fraca, tende a esgotar maisrápidamente toda a sua carga (curto-circuito), podendo por isso constituir um

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factor de risco ou a evitar. Por exemplo (explosão da bateria)


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•Conceito de carga de um circuito eléctrico

Designa-mos por carga todo o componente que recebe a energia eléctricafornecida pela fonte, tendo em vista a realização de um trabalho.

Por exemplo:•Produzir energia luminosa•Produzir calor

•Produzir som••Ou simplesmente modificar e controlar a energia produzida pelafonte de tensão

,

estar aumentada ou diminuída em relação à fonte.O termo carga em electricidade têm dois significados:

•Dispositivo que retira energia da fonte•Potência retirada da fonte, quando se pretende controlar a fonte detensão.

As cargas podem ser ligadas em série ou paralelo ou em circuitos mistos.Para a análise dos circuitos em série aplica-se a Lei das Malhas e para a

análise em circuitos paralelos aplica-se a Lei dos Nós.

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Num circuito eléctrico a função da fonte dealimenta ão é fornecer ener ia eléctrica aos

•Potência Eléctrica

elementos receptores ou cargas, para que estesrealizem trabalho.

A quantidade de trabalho executada pelo receptor P = U* Iepen e a energ a que e ornec a. Assim quanto maior for a energia fornecida á fonte

maior será o trabalho realizado pelo elemento W= U*I*t.

Conclusão:O trabalho realizado pela carga é

A unidade de trabalhodesigna-se por Watt

corrente aplicada na fonte de energia, por

unidade de tempo.

Definição de Potência eléctrica :Define-se como sendo a quantidade de trabalho

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rea za o por n a e e empo.


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Lei de Joule

Sabemos que uma determinada quantidade de carga eléctrica ao atravessar uma cargapuramente resistiva, provoca uma queda de tensão aos terminais dessa carga.

,calor (Lei(Lei dede JouleJoule), resultante do choque entre partículas eléctricas.

Assim num circuito resistivo o trabalho eléctrico é igual á dissipação daenerg a rm ca, o que nos perm e escrever a express o:

Ec= R*I2*t

Ec Energia térmica em JOULES R Resistência óhmica do circuito ou carga em Ω I Intensidade de corrente em Ampéres t tempo em segundos

,do filamento devido á intensidade de corrente eléctrica que atravessou a secção do elemento

condutor. Existem fusíveis de corte rápido e de corte ou fusão lenta. As Lâmpadas de incandescência emitem luz, podendo atingir temperaturas na ordem dos 2800ºC.

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esem ac amen o o cu o rase ro resu an e a er aç o o ca or os amen os res s vos


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37


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2. Considere o circuito eléctrico, simplificado.

Calcule:

NO DATAa corren e consum a pe o c rcu o DC A

minutos em Kjoules +

-

Vs112v R2

5R120

c) O trabalho realizado em Kcal

po nc a ss pa a pe a carga ocircuito

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Exercícios práticos

1. 1. Considere o circuito eléctrico,simplificado representado na figura 1.

Calcule:a) A corrente consumida pelo circuito

NO DATA

b)O trabalho realizado pela carga em 10

DC AR12. 5

minutos em Kjoules +

-

Vs1

12vR22. 2

c) O trabalho realizado em Kcal

d) A potência dissipada pela carga docircuito

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1ª lei de Kirchhoff ou leis das malhas ou tensões

•Leis de Kirchoff

Ao longo de qualquer percurso de umcircuito fechado (malha) a soma

ao valor da soma das quedas de tensãoverificadas na malha.Nota:

conservação de energia.

E1+E2=V1+V2+V3=R 1I+R 2I+R 3I

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• 2 ª lei de Kirchooff – dos nós ou das Correntes

Em qualquer nó de um circuitoeléctrico a soma das correntesque convergem para esse nó é

igual em valor absoluto a somadas correntes que saem dessemesmo nó.

I0= I1+I2+I3

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18. Fonte Real de Energia18.1 Análise do comportamento de uma fonte real de tensão

18.1.1 Conceito de circuito aberto18.1.2 Conceito de curto-circuito

19. Estudo dos componentes passivos

19,1 Resistências19,1 Tipos19.2 Medição de resistências, Unidade de medida

19.2 Condensadores19,1 Tipos19.2 Comportamento dos condensadores em DC

19.3 Comportamento dos condensadores em AC19.4 Conceito de reactância capacitiva19.5 Ligação de condensadores em série e paralelo

. eterm naç o a capac a e equ va ente19.7 Determinação do tempo de carga e descarga de um condensador

19.3 Bobines ou indutoras19.1 Conceito de força electromotriz (f.e.m.)

. pos e o nes19.3 Relés e suas vantagens19.4 Determinação do tempo de carga e descarga de uma bobine19.5 Análise do comportamento das bobines em DC e AC

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. once o e eac nc a n u va


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• Fonte Real de Energia

Já sabemos que uma fonte de energiaeléctrica é qualquer dispositivo que transforma

energia não eléctrica em eléctrica.

• Conceito de fonte ideal de tensão.Uma fonte designa-se por fonte

seus terminais é constante,independentemente da intensidade decorrente ue a ercorre. Isto é tenha

• Fonte real de tensão.

resistência nula.

Sabemos que na prática uma fonteideal de tensão só têm existência teórica,

pois a sua resistência interna podeefectivamente ter um valor muito pequenomas nunca nulo.

43

A. d.d.p só é igual a f.e.m no caso de I=0 ou seja emcircuito aberto (R=∞).


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•Noção de circuito aberto Dizemos que um circuito é aberto, quandoaos seus term na s est o ga os a uma res st nc a n n ta, ou se a = .

•Noção de curto-circuito Dizemos que estamos na presença de um-

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seja quando Vcc= E - (Ri x Icc) = 0


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Estudo Dos Componentes Passivos

Os componentes passivos são aqueles que não produzem amplificação, e têm como,

ao desempenho dos componentes activos como os semicondutores

As Resistências

Definimos resistência de um componente como a sendo a dificuldade que ele oferece àpassagem da corrente eléctrica.

Esta articularidade ermite o controlo das intensidades de corrente ao lon o deum circuito uma vez que é possível utilizar resistências de características ohmicas fixa s

ou variavéis.Tendo em conta a capacidade de libertar calor neste componentes existe a

º a potência eléctrica dissipada por efeito de Joule que a resistência pode suportar antes

de se destruir.

•

1- Aglomeradas2- De camada ou película (carvão)

45

3– De bobine ou fio


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•Resistências aglomeradasSão geralmente resistências de 5 e de 10 W,

que significa que são capazes de suportarcorrentes mais elevadas.

•Resistências de filme de carvão

São as mais utilizadas. No entanto devem ser

criteriosamente escolhidas pois apresentamlimitações quanto á sua capacidade de dissipação

e ca or. era men e var am e a .

Resistências de Fio ou Bobine

Destinam-se a controlar correntes mais elevadas,apresentando boa capacidade em suportar o

calor gerado. O filme de carvão é substituído por

46

um o e n cr m o, e secç o e erm na a

P t ió t


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Potenciómetros:

o res s nc as a us ve s ou regu ve s

que têm a particularidade de possuírem umdispositivo móvel que permite a variação daresistência de forma a controlar o seudesempenho num sistema em determinadascondições de funcionamento.

As resistências podem apresentar

com ortamentos Lineares ou Não Lineares(LDR, NTC´S, Varistores (estes estãoassociados a protecção das fontes ecircuitos de alimentação.

•Comportamento da resistência com a temperatura (Termistores)

NTC (Coeficiente negativo de

com o aumento da temperatura.

PTC

(Coeficiente positivo detemperatura) A resistência aumenta com oaumento da temperatura.

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•Resistência de efeito de luz- LDR

Trata-se de um tipo de resistência que

têm a possibilidade de fazer variar oseu va or m co em unção aintensidade de luz que incide sob a sua

superfície.o gera men e usa os como

elementos sensores ou de detecção,largamente usados em sistemas de

conforto, nomeadamente sensores dechuva e de luminosidade.

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M di ã d i tê i


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•Medição de resistências

Para comprovar o estado de umaresistência esta deve ser separada docircuito pois já sabemos que quando

montada todos os outros componentes docircuito influenciam o seu valor.

Ohmímetro ou em alternativa ummultímetro, devendo-se escolher

previamente a escala de mediçãoescala de medição.on u o orna-se necess r o sa er qua o

valor óhmico que a resistência deveráapresentar na medição.Para esse efeito odemos usar a tabela

indicada, para o caso das corescores.Geralmente aceitam-se valores que estejam

no intervalo de 5 a 10 % do valor dere er nc a, sem esquecer que a

temperatura pode influenciar os valoresobservados.

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Condensadores


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características fixas ou variáveis capazes dearmazenar uma determinada carga de energiaeléctrica (carga de electrões), sendo

necess r o ap car uma p aos seusterminais para que o condensador carregue.O condensador armazena uma determinada

quantidade de carga eléctrica (Q) quando ocircuito está ligado e proporcional a tensão

aplicada aos seus terminais.Estes componentes são formados por duas

su erfícies condutoras armaduras separadas entre si por um material isolante,

chamado dieléctrico. A capacidade de armazenar energia depende

armaduras e das características do material

Isolante.Por exemplo se considerarmos um

con ensa or com o ma er a so an e r,(constante dieléctrica =1) e se aplicarmos uma

folha de papel impregnado, (constantedieléctrica = 3.5), podemos dizer que obtemos

50

1 Coulomb = 6.28*1018 electrõesum condensador com 3.5 vezes mais

capacidade do que com o dieléctrico Ar.


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•

Em electrónica encontramosrequen emen e con ensa ores comcaracterísticas fixas e outras comcaracterísticas variáveisvariáveis como os

Varica s.Varica s.Basicamente encontramos

condensadores do tipo cerâmico,baixo custo e não há necessidade derespe ar a po ar a e e os c ama os

condensadores de elevadacapacidade os electrolíticos, quedevido a sua constituição torna-senecessário respeitar o sentido da

polaridade.Faz-se variar a capacidade de um

,distância entre as armaduras ou

fazendo variar o tipo de dieléctrico.

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Comportamento dos Condensadores


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DC – Perante tensões elevadas impedem o

fenómeno do salto do arco eléctrico.Outra importante função é a ajuda na estabilidade

,compensando as variações de tensão.

AC – Armazena os picos positivos da corrente e,

podendo ainda funcionar como dispositivo deexcitação ou pulsação para activar um circuito,a partir do instante em que atinge umdeterminado valor de tensão.

Os Condensadores em AC, facilitam a passagem da corrente eléctrica a alta,

por reactância capacitiva Xc, em ohm.

A frequência de carga e descarga é função dafrequência do circuito.O processo de carga e descarga ocorre semprecom um ciclo de atraso em relação á polaridade

O condensador ligado em paralelo com ointerruptor

Impede o salto da faísca entre osterminais do interruptor

53

. no momen o em que es e a er o.


54/89

Ligação em série

Dois ou mais condensadores estão ligados em série quando são percorridos pela mesmacorrente. Deste modo se durante a carga a corrente é a mesma, os condensadores

armazém todos a mesma quantidade de carga eléctrica.

C1

111+=QQ

==+

-

Vs110V

C21uF

1uF eq

QC C

V V V

C C

)2

1

1

1(

21

21 +=+=

Ligação Pararelo

=+

-

Vs210V

C41uF

C31uF

Q2=C2 V

Q = Q 1 + Q 2 C1V+C2V Ceq= C1+C2

54


55/89

Exercício de aplicação

S1R2

2k

a) Determine o tempo necessário á

carga do condensador

+Vs1

C1R1

b) A corrente no circuito

-

50 V tempo e escarga ocondensador

d A tensão a licado aos terminais docondensador com S1 desligado

55


56/89

a) Com R1 muito elevado e S1 fechado a corrente flúi por R2 sujeitando C1 á tensão dafonte. O t é definido or:

ms xt C Rt 8104*20001*2 6 === −

mA I R

U I 25

2000

50

_ _ _ _ _ _

22

2 ===•b)

Abrindo o contacto S1, o circuito fica apenas com uma malha fechada

s x x R Rt 8104)( 621

===

=+= −c)

A I 2510*)20002(

50 _ _ _ _ _

6

' −=+

= µ

56V x xV c 501025*102,2

66 == −


57/89

Análise Gráfica do processo de carga e descarga de um condensador

57

Bobines ou indutoras


58/89

Uma bobine ou solenóide não é mais do que um fiocondutor enrolado sobre um material isolador, cujafun ão é armazenar ener ia sob a forma de cam o magnético. Este tipo de concepção dá origem astransformadores, filtros, íman magnéticos, etc…

Em geral este tipo de componente cria umau o n uç o

por variação da corrente num bobinado que produzemlinhas magnéticas que afectam outra bobine e cria-se

assim uma for a electromotriz. A f.e.m de auto-indução de uma bobine provoca

um atraso na estabilização da corrente.

As indutâncias de uma bobine são avaliadas em Henry(H), sendo frequente o uso de submúltiplos.

As bobines sem núcleos ou núcleos de ferrite são usados

altas frequências.Bobines com núcleos laminados operam em circuitos de

baixa frequência.

58


59/89

As bobines podem apresentar características fixas ou variáveis,dependendo do efeito que se pretende controlar no circuito.

Para aumentar a indutância criada pela bobine, pode utilizar-se núcleosde ferro, que concentram as linhas de força, permitindo um maior efeito

e poder de indução da bobine.

59

•Relés


60/89

Um relé magnético não é mais do que uma bobineenrolada num determinado sentido existindo no seu

.

Quando o enrolamento da bobine constituir umcircuito fechado o campo magnético criado no

interior da bobine rovoca o deslocamento do entre-ferro em relação ao seu estado de repouso o quepermite estabelecer um contacto eléctrico que nestecaso corresponde á continuidade entre dois pontos.

,geralmente dispositivos de comando de circuitos

eléctricos. Vantagens:

1. Permitem o controlo de correntes elevadas combaixas tensões no circuito de comando.

2. Suportam elevadas temperaturas de funcionamentoe correntes elevadas.

3. Permitem o controlo á distância

4. Ausência de manutenção, devido a pouco desgaste.

60


61/89

Exercício Prático

S1DC A

5. 556 A R210

Considere o circuito representadona figura.

0

V

+ L1

e erm ne:

a) A corrente no circuito

D

C

0 .

0 0

-

Vs

50 v

2H90

b) O tempo de carga da bobine

c) O tempo de descarga dabobine

tens o gera a por n uç oda bobine

61


62/89

Resolução

a) Pela lei de ohm I=U/R I= 50/R1//R2) I= 50/10 = 5Aem que I1= 50/90 = 0,556 A e I2= IT – I1 = 5-0.556 =4,45 A

b ) O tempo é dado pela expressão t= L/ Rt t = 2/10 = 0,2 s, a quecorresponde 66,8 % do tempo de carga considera-se totalmente carregadoao fim de 5t, logo L está totalmente carregado ao fim de: 5*0,2 = 1 s e Vi

c) Quando se interrompe o contacto S1, a corrente não circula pela malha 1,deste modo a malha 2 constitui um circuito fechado onde circula a Correntecriada pela indução e R1 e R2 ficam agora ligados em série., logo t= 2/100 =2 ms, e totalmente descarregada ao fim de 5t 5*0,02 = 0,1 s

d) A tensão da malha 2 é dada pela expressão Ul= ((R1+R2)/R1) EUL= (100/10)*50 = 500 V, ou UL= R T*IT UL= 100*5= 500 V

ou

62

U=RxI => (90+10)x5 = 500 V


63/89

Análise gráfica do processo de carga e descarga de uma bobine

63

•Análise do comportamento de uma Bobine


64/89

•Em corrente contínua

A corrente possui apenas um sentidodeterminado, sendo praticamente

constante no tempo. A corrente neste caso é só limitada pelaresistência do fio condutor que forma o

.

•Em corrente alternada

da corrente, verifica-se também uma

inversão das linhas de força criadas pelaindução da bobine.

Este comportamento permite-nosafirmar que

em CA uma bobine dificulta a

,tanto maior quanto maior for afrequência de passagem da corrente.

A este fenómeno chama-se

64

react ncia indutiva XL= 2 ¶ f l

Objectivos Específicos20. Transformadores


65/89

20.1 De fluxo parcial e total

20.2 Constituição de transformadores20.3 Relação de transformação20.4 Exercício com transformadores

21. Magnetismo21.1 Ímans ou magnetes21.2 Lei fundamental do magnetismo (atracção e repulsão de corpos)

22.3 Linhas de força e campo magnético22.4 Processos de Magnetização22.5 Permeabilidade magnética22.6 Histerese magnética22.7 Variação do campo magnético

22. Electromagnetismo

22.1 Definição de electromagnetismo22.2 Bobines e Electroímans22.3 Relés22.4. Indução magnética

23. Noção de corrente alternada24. Motores e Geradores

24.1 Conceito de motor eléctrico24.2 Conceito de gerador eléctrico

25. Motores25.1 Constituição e funcionamento25.2 Circuito de excitação de um motor eléctrico

65

26. Geradores26.1 Tipos de Gerador

26.2 Constituição e funcionamento dos Dínamos e dos Geradores

Transformadores


66/89

O fenómeno da indutância, permite que numa bobineas linhas de força se expandam ou contraiam emfunção da frequência da corrente que a percorre.Sempre que ocorra um corte das linhas de força,

ocorre uma tensão induzida no enrolamentosecundário o que faz elevar ou diminuir a tensão aos

.Um transformador é um dispositivo formado por duasbobines com acoplamento magnético total , em que

a partir de uma determinada ddp aplicada aoenro amen o pr m r o e a rav s a convers o a

energia eléctrica em magnética esta estabelece umarelação de (elevação ou redução) da tensão á saída do

enrolamento secundário.Por esse motivo este dispositivo é largamente utilizado

para elevar ou reduzir tensões provenientes deuma fonte de energia (alterna ou contínua).

o en an o conv m recor ar que para unc onar otransformador necessita de variações de corrente noenrolamento primário.

Por esta razão não é usado em circuitos de corrente

66

contínua.

Relação de transformação


67/89

Trata-se de uma relação entre o número de espirasde cada enrolamento e o valor da tensão colocadoá entrada ou saída de cada enrolamento, definido

Is NsUs

pela expressão:

Ip NpUp

Se usarmos um maior número de espiras no

enrolamento primário em relação aoenrolamento secundário, obtemos um

baixador de tensão,no inverso obtemos um transformador

.Por outro lado um enrolamento com menor número

de espiras, traduz uma menor tensão detrabalho lo o

67Maiores correntes

Exercício:


68/89

1. Determine o número de espiras necessários ao enrolamento deum transformador para elevar a tensão de 12 V para 80 V, sabendoue o enrolamento rimário é formado or 10 es iras.

11 N U = 1*2 N U

= Espiras N _ 6,6610*80

2 ==

1U

2. Calcule a tensão a obter no enrolamento secundário de um transformador,sabendo que a sua relação de transformação de 1250 e o primário do

transformador é ligado a 12 v.

N 1250

2=

U 1250*122 =

68

_ =

MAGNETISMO


69/89

O Magnetismo teve origem na descoberta deum mineral natural (Magnetite) que têm a

. A partes dessa substância designam-se

imans ou magnetes.

propriedades magnéticas designam-se por

imans naturais. Aos que podem adquirir artificialmentepropriedades magnéticas designam-se

imans artificiais.

O magnetismo nos ímans não se manifestainformemente pela sua superfície.

A parte central conserva-se limpa, enquanto quenas extremidades (Pólos Magnéticos), verifica-se

,campo mais intenso nesses pontos.Se ligar-mos o centro da superfície a um pontomóvel verificamos que uma extremidade aponta

69

para o pólo Norte da terra enquanto que a outraindica o pólo Sul .

Acções entre imans


70/89

Se aproximar-mos uma agulha magnética aoPólo Norte de um íman,

verificamos que aagulha é repelida,

enquanto que se a aproximarmos do

ela é atraída.

Este fenómeno obedece alei fundamental do magnetismo,

que es a e ece que p os magn cos com amesma polaridade repelem-se

enquanto queólos ma néticos o ostos atraem-se.

As forças de atracção ou repulsão são tantomaiores

quanto maior for a intensidade do campoou

quanto menor for a distância entre os pólos

70

LINHAS DE FORÇA OU DE CAMPO

Se colocarmos m papel sobre m íman e sobre ele


71/89

Se colocarmos um papel sobre um íman e sobre ele

lançar-mos limalhas de ferro, verificamos que à volta doíman as limalhas descrevem um circuito fechado com

, -campo ou de indução magnética.

O espaço ocupado pelas linhas de força, constitui o

Cam o Ma nético.

O campo magnético num ponto define-se pela,sua intensidade, direcção e sentido das linhas no campo

.Sabe-se que num íman as linhas de força saem do

pólo Nortee entram nopólo Sul.

A esse conjunto de linhas dá-se o nomede fluxo magnético.

Tesla (T)e representa-se por H, enquanto que numa barra o

campo magnético designa-se por

71

campo de induçãoe representa-se por B


72/89

Se num campo magnético colocar-mos uma barra de aço, este

transforma-se num íman. A este processo designa-se

magnetização por

A magnetização também pode serconseguida por

entre um íman e um material

magnetizável.

u ro processo a magne zaç o porindução de corrente eléctricaem que o corpo envolvido peloenrolamento eléctrico ad uirepropriedades magnéticas

por acção dacorrente eléctrica

72

.


73/89

Histerese Ma néticaBB


74/89

BB

Um corpo permeável introduzido numcampo magnético obtemos uma indução

M

crescente, mas não infinita pelo que esta queapenas aumenta atéficar saturado.

B D HHOutra característica é o factode magnetizarem e desmagnetizarem

com atraso em relação

C

aos valores da

intensidade de campo. A indução pode ser conseguida mesmo

-- BB-M

ma carac er s ca os ma er a s magn cosa de se desmagnetizarem com atraso

relativamente á intensidade que o campoma nético assume.

com a inversão do campo magnético. A área definida pela figura chama-se

histeresis ouUma vez desligado o campo magnético, o

magnetismo que fica no material diz-seREMANESCENTE

histerese magnética.

74

VARIAÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO

O campo magnético depende das características do


75/89

O campo magnético depende das características domeio e das propriedades do material .

Se introduzir um material ferroso no interior de umcampo magnético, obtêm-se uma

concentração elevada das linhas de força,dado que a permeabilidade magnética de um elemento

.Podemos afirmar que a finalidade de um núcleo de ferro

é tornar um caminho mais fácil para apassagem das linhas de força.

Todas as linhas de força do campo magnético atravessama região interna da bobine, sendo o campo mais intenso.

Quanto mais próximas estiverem as espiras, menorespaço ocupam pelo que consegue-se enrolar um

l

N B =

na mesma área, consequentemente maior a

intensidade de campo B Intensidade de Campo Magnético N Número de espiras do enrolamento L Comprimento do fio da bobine

75

,

ElectromagnetismoElectromagnetismo

Electromagnetismo - Define-se como sendo o


76/89

Electromagnetismo - Define-se como sendo ocampo magnético formado por uma corrente

eléctrica.m o con u or ao ser percorr o por uma corren eeléctrica, produz um campo magnético no espaço

envolvente.

Este solenóide uando ercorrido or uma correntecomporta-se exactamente como um íman.

Bobine ou Solenóide – Chama-se bobine a umenrolamento de um elemento condutor em forma de

espiral (conjunto de espiras) à volta de um núcleo

revestido por um material isolante.O nome dos pólos invertem-se ao inverter o sentido

Electroíman – Resulta da introdução de um núcleode ferro no interior da bobine conse uindo assim

da circulação da corrente.

um campo magnético de maior intensidade,resultante da concentração das linhas de força.

A esse conjunto dá-se o nome de electroíman.

76

Se o núcleo for móvel chamamos relé a esse conjunto.

Relés

Um rel magn tico não mais do que uma bobine enrolada


77/89

num determinado sentido existindo no seu interior um núcleo de ferro móvel.

Quando o enrolamento da bobine constituir um circuitofechado o campo magnético criado no interior da bobine

provoca o deslocamento do entre-ferro em relação ao seu

e léctrico que neste caso corresponde

á continuidade entre dois pontos.

,dispositivos de comando de circuitos eléctricos.

Vantagens: Vantagens:

1. Permitem o contro o e correntes e eva as com

2. baixas tensões no circuito de comando.

3. Su ortam elevadas tem eraturas de funcionamento e

4. correntes elevadas.

5. Permitem o controlo á distância

77

6. Ausência de manutenç o, devido a pouco desgaste.

•Electromagnetismo

Quando um condutor eléctrico é percorrido por


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Quando um condutor eléctrico é percorrido poruma corrente, produz-se em volta dele

um campo magnéticocujas linhas de força são circulares e

concêntricos com o condutor.Para determinar o sentido das linhas de

- da

mão esquerdaonde o polegar aponta no sentido na corrente e

consequentemente opólo Norte,

Repare o sentido em que é realizado o

Os dedos que fecham a mão indicam o sentidode orientação das linhas de força.

Numa bobine quando for interrompida ascorrentes as propriedades magnéticas

desaparecem,

78

variação da corrente. REGRAS DA MÃO ESQUERDA

•INDUÇÃO MAGNÉTICA

A lei de Faraday (1830), estabelece que toda a


79/89

variação de fluxo magnético num circuitodesenvolve nele uma

Se introduzirmos um íman no interior de umabobine, verificamos no galvanómetro umdeslocamento do ponteiro, acusando a

passagem da corrente num determinadosentido.

vez que é ela que

induz a corrente,sendo a bobine designada por induzido.

A corrente gerada éalternada

isto é a corrente varia com o sentido de

deslocamento do elemento indutor sendoalternadamente

positiva

79

negativa.

BOBINES DE AUTO-TRANSFORMA ÃO


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Básicamente trata-se de um transformador quefisicamente possui apenas um único enrolamento,

envolvendo um núcleo de ferro. A bobine funciona segundo o princípio de que

quando a corrente passa no enrolamento primário

secundário uma corrente induzida, através donúcleo de ferro que concentra o fluxo magnético,

uan o ocorre a n errupç o a corren e aoenrolamento primário a bobine encontra-se

totalmente magnetizada, o que provocao cola so ma nético da bobine

descarregando aos terminais do enrolamentosecundário todo o seu potêncial

sobre a forma de

erença e po nc a e c r coque é tanto maior quanto maior for o número deespiras do enrolamento secundário.

80


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Noção de corrente alternada

Se entre os pólos de um íman, (ver figura), movermos um fio de

cobre a ue chamamos es ira e se nos extremos li armos uns pequenos anéis condutores (colector) ligados por contacto atravésde escovas, vamos observar o seguinte:

No momento em que a espira começa a rodar no sentido horáriog. . , reg s a-se uma passagem e corren e que aumen a

gradualmente (sentido corrente) atingindo o valor máximo quandoa espira fica paralela as linhas de fluxo que atravessam os pólos

Fi . 3.2 .Continuando a rodar a espira, verificamos que a corrente começa adiminuir anulando-se quando ficar numa posição perpendicular as

linhas de fluxo magnético, (corrente nula).

on nuan o a ro ar a esp ra ver camos que a corren e vo a aaumentar agora em sentido inverso [Fig (4.2)].

81


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Motores

Os motores usados na industria automóvel utilizam corrente


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contínua.Um motor eléctrico é formado por electroíman (bobines

enroladas num núcleo de ferro), que ao serematravessadas pela corrente geram um fluxo

electromagnético de Norte para Sul.

Geralmente os motores ossuem uatro ólos tetra olar .Existe ainda um induzido (armadura colocada sobre umveio), constituído por uma série de bobines, cada uma

li ada a um ar de lâminas de cobre isoladas entre si ueformam o colector.

A corrente ao chegar as escovas que estão em contactocom o colector provoca um campo magnético nas bobines

. A atracção e repulsão entre os campos magnéticos das

bobines indutores e induzidas, faz girar esta última,provocando o movimento de rotação do veio.

,estabelecem o contacto com o par seguinte das lâminas nocolector, o que resulta a continuação do movimento de

rotação.

84

A corrente fornecida as bobines do induzido faz com queeste adquira movimento rotativo.

•CIRCUITO DE EXCITAÇ O DE UM MOTOR


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Alternadores

Os alternadores apresentam características diferentes dos


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dínamos.Neste caso o elemento induzido passa a ser o estator e o

.

Induzido Formado por um anel de ferro macio comsílicio (redução das perdas por histerese) onde são

montadas as três bobines (trifásico).Indutor Constituído por veio apoiado por rolamentos

onde são montados os anéis polares, no interior do qual

anéis colectores.

A corrente entra pelos anéis colectores através das,

transforma-se num electroíman, pelo que em cadaextremidade do anel relutor forma-se um pólo magnético

Norte e Sul.

Com o movimento circular transmitido através do veiocada pólo ao passar em cada bobine do estator induz

nesta uma corrente que é tanto maior quanto maior for a

87

Formação da corrente no alternador

Estando a(s) bobine(s) induzidas fixas, por cada


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rotação de um pólo dos anéis polares do rotor faz comque a corrente varie de positiva a negativa, atingindo aº

pararelos).Deste modo a corrente resultante é alternada.

Tratando-se um alternador monofásico, significa que acada ½ volta de rotação (180º) ocorre uma inversão

da corrente resultante do campo magnético.

bobines significa que a cada 120º de rotação temos

uma corrente induzida , desfasadas 120º .

Por esta razão o alternador debita mais corrente àbateria quando comparada com o dínamo e com

menos rotação pois a bateria recebe carga mesmo com

que necessitam pelos menos de 1300 rpm.Por outro lado existe mais facilidade em retirar correntedo induzido pelo que este não aquece tanto quanto os

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dínamos em que não se pode retirar mais do que 30 A,devido ao aquecimento.


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Electricidade Básica(a)

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