_eletromagnetismogrefcapitulos7a13-leiturasdefisica.arquivo
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25
Chuveiros
eltricos
Agora voc vai
ficar por dentro
de como so
construdos esses
aparelhos.
7 Quando est quente, o chuveiro faz agua"ferver"; quando est frio, a gua noesquenta. O que que tem esse chuveiro?
-
26
7
Vamos descobrir qual a relao entre essas grandezas e os aparelhos eltricos presentes em nosso
dia-a-dia.
As informaes contidas nas chapinhas geralmente se referem a grandezas fsicas que indicam as
condies de funcionamento desses aparelhos.
Observao do chuveiro
5. Quantos pontos de contato eltrico existem no resistor?
6. Observe que o resistor divido em dois trechos. Quaisso os pontos de contato para a posio vero? E para aposio inverno?
7. Por que o chuveiro no liga quando a gua no temmuita presso?
roteiro
1.Dados do fabricante:
Tenso
Potncia
2. Qual a transformao de energia realizada pelo
chuveiro? Onde ela realizada?
3. Quando a gua esquenta menos?
4. D choque em algum lugar quando voc tomabanho?
Chuveiros eltricos
-
27
Observe que o resistor tem trs pontos de contato, sendoque um deles permanece sempre ligado ao circuito.
As ligaes inverno-vero so obtidas usando-secomprimentos diferentes do resistor.
Na ligao vero usa-se um pedao maior desse mesmofio, enquanto a ligao inverno feita usando-se umpequeno trecho do fio.
Na ligao inverno, a corrente no resistor dever ser maiordo que na posio vero, permitindo assim que a potnciae, portanto, o aquecimento sejam maiores.
Quando a tenso, o material e a espessura so mantidosconstantes, podemos fazer a seguinte relao, conforme atabela a seguir.
O circuito eltrico do chuveiro fechado somente quandoo registro de gua aberto. A presso da gua liga oscontatos eltricos atravs de um diafragma. Assim, acorrente eltrica produz o aquecimento no resistor. Ele feito de uma liga de nquel e cromo (em geral com 60%de nquel e 40% de cromo).
Na posio vero, o aquecimento da gua menor, ecorresponde menor potncia do chuveiro. Na posioinverno, o aquecimento maior, e corresponde maiorpotncia.
As ligaes inverno-vero correspondem, para umamesma tenso, a diferentes potncias. Na maioria doschuveiros a espessura do fio enrolado o resistor comumente chamado de "resistncia", a mesma.
A maioria dos chuveiros funciona sob tenso eltrica de220 V e com duas possibilidades de aquecimento: invernoe vero. Cada uma delas est associada a uma potncia.
Quando fizemos a classificao dos aparelhos ecomponentes eletrnicos, o grupo dos resistivos, cujafuno produzir aquecimento, foi colocado em primeirolugar. A razo dessa escolha que, normalmente, osresistivos so os aparelhos mais simples. Desse grupovamos destacar chuveiros, lmpadas incandescentes efusveis para ser observados e comparados.
vero inverno
aquecimento menor maior
potncia menor maior
corrente menor maior
comprimento do resistor maior menor
invernoveroAlguns fabricantes usam
para o vero todo o
comprimento do resistor,
e um dos pedaos para o
inverno.
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28
exercitando....exercitando....exercitando....exercitando....exercitando....
1. Leia o texto e observe a figura.
Os chuveiros eltricos tm uma chave para vocregular a temperatura de aquecimento da gua, de acordocom suas necessidades: na posio vero, o aquecimento mais brando, e na posio inverno, o chuveiro funcionacom toda sua potncia. Mas, se for necessrio, voc poderregular a temperatura da gua abrindo mais ou fechando oregistro da gua: quanto menos gua, mais aumenta oaquecimento.
Responda as seguintes questes:
a) Qual a tenso do chuveiro?
b) Qual a potncia que corresponde posio vero?
c) Em qual das duas posies o resistor tem maior comprimento?
d) Em qual posio a corrente maior?
e) Indique no esquema as ligaes inverno e vero.
f) De acordo com suas observaes, voc diria que oaumento no comprimento do filamento dificulta ou favorecea passagem de corrente eltrica? Explique.
g) O que acontece se ligarmos esse chuveiro na tenso110 V? Explique
vero inverno
aquecimento
potncia
corrente
comprimento do resistor
2. Complete a tabela abaixo usando adequadamente aspalavras menor e maior:
220V
4400/2800W
-
29
8Lmpadas
e fusveis
Aqui voc vai ficar
por dentro de como se
obtm diferentes
brilhos sem mudar a
tenso e para que
servem os fusveis.
Lmpada de 100, de 60, de 25...Afinal, o que que as lmpadas tm
para se diferenciaremumas das outras?
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30
8Observao de lmpadas
Vamos comparar um conjunto de lmpadas e analisar como os fabricantes conseguem obter diferentes potncias semvariar a tenso.
Os filamentos mais usados so os de formato em dupla espiral, que permitem a reduo de suas dimenses e, aomesmo tempo, aumentam sua eficincia luminosa. Eles so feitos de tungstnio.
roteiro
1. Qual delas brilha mais?
2. Qual a relao entre a potncia e o brilho?
3. Em qual delas o filamento mais fino?
4. Qual a relao existente entre a espessura do filamentoe a potncia?
5. Em qual lmpada a corrente no filamento maior?
6. Qual a relao existente entre a corrente e a espessura?
As lmpadas eltricas se dividem em dois tipos bsicos:INCANDESCENTES e de DESCARGA, usualmentechamadas de fluorescentes.
As lmapadas incandescentes produzem luz por meiodo aquecimento de um filamento de tungstnio, enquantonas lmpadas de descarga a luz emitida graas excitaode gases ou vapores metlicos dentro de um tubo. Porisso, as lmpadas fluorescentes so conhecidas comolmpadas frias.
Neste momento vamos tratar, apenas, das lmpadasquentes: as incandescentes.
Essas lmpadas de filamento so classificadas no grupo dosresistivos, pois, embora sejam utilizadas para iluminar, umafrao muito pequena da energia luz ( 5%), o restante,95%, produz aquecimento.
O princpio de funcionamento da lmpada incandescentebaseia-se na corrente eltrica que aquece um filamento detungstnio. As lmpadas so fabricadas a vcuo para evitara oxidao dos filamentos: o ar retirado no processo defabricao e injetado um gs inerte, em geral o argnio.
Para obter diferentes luminosidades, o fabricante altera,geralmente, a espessura do filamento: quanto maior aespessura, maior a corrente e, portanto, maior aluminosidade.
Lmpadas e fusveis
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31
Quando ocorre a fuso, o circuito fica aberto,interrompendo a passagem da corrente, e os aparelhosdeixam de funcionar. Quanto maior for a correnteespecificada pelo fabricante, maior a espessura dofilamento. Assim, se a espessura do filamento do fusvelsuporta no mximo uma corrente de 10A e por um motivoqualquer a corrente exceder esse valor, a temperaturaatingida pelo filamento ser suficiente para derret-lo, edessa forma a corrente interrompida.
Por isso que os fusveis devem ser feitos de um materialde baixo ponto de fuso, para proteger a instalao.
fusvel de cartucho
fusvel de rosca
Observao dos fusveis
Os fusveis so elementos essenciais dos circuitos eltricos, pois sua funo proteger a instalao. Existem vriostipos de fusvel; o mais simples deles o de rosca, conforme ilustra a figura a seguir. Nesse tipo, o materialutilizado uma liga que contm estanho. Outro tipo de fusvel o de cartucho, geralmente utilizado em aparelhosde som.
roteiro
Nesta atividade vamos comparar um conjunto de diferentes fusveis de rosca.
1. Identifique num fusvel de rosca seus elementos essenciais: pontos de contato eltrico, filamento e outrosmateriais que o constituem.
2. Em qual deles a espessura maior?
3. Qual a relao existente entre a espessura e a corrente indicada pelo fabricante?
4. De que maneira os fusveis conseguem proteger o circuito eltrico de uma residncia?
O controle da corrente eltrica feito pela espessura dofilamento.
Os fusveis se encontram normalmente em dois lugaresnas instalaes eltricas de uma residncia: no quadrode distribuio e junto do relgio medidor. Alm dissoeles esto presentes no circuito eltrico dos aparelhoseletrnicos, no circuito eltrico do carro etc.
Quando h um excesso de aparelhos ligados num mesmocircuito eltrico, a corrente eltrica elevada e provocaaquecimento nos fios da instalao eltrica. Como o fusvelfaz parte do circuito, essa corrente elevada tambm oaquece. Se a corrente for maior do que aquela quevem especificada no fusvel: 10A, 20A, 30A etc, o seufilamento se funde (derrete) antes que os fios da instalaosejam danificados
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32
exercitando...
1. Preencha o quadro a seguir utilizando setas na vertical,cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada.
2. O que acontecer se ligarmos uma lmpada com asinscries (60W-110V) na tenso 220V? Por que?
3. Por meio de qual processo se obtm luz numa lmpadade filamento?
4. Preencha a tabela abaixo utilizando setas na vertical,cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada,ou o sinal de igual.
5. Numa instalao eltrica residencial ocorrefreqentemente a queima do fusvel de 15A. Para resolvero problema, um vizinho sugere que se troque por umoutro de 30A. Esse procedimento correto? Justifique,levando em conta a sua funo no circuito.
Rapidinhas
a) Qual a funo do fusvel na instalao residencial?
b) O que significa a informao 10A no fusvel da figura?
c) H diferena no fio de fusvel de 20A em relao ao de10A da figura ao lado? Qual? Por qu?
saiba que...
Os disjuntores tambm tm a mesma funo dos fusveis:proteger a instalao eltrica.
Ao constrrio dos fusves, os disjuntores no so danificadosquando a corrente no circuto maior que a permitida;eles apenas interrompem a corrente abrindo o circuito, deforma que, depois de resolvido o problema, o dispositivopode voltar a funcionar novamente.
lmpada brilho potncia espessura corrente
25w
60w
100w
10A
20A
30A
fusveis comprimento espessura corrente
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33
9A potncia nos
aparelhos resistivos
Aqui voc vai aprender
em que condies os
aparelhos apresentam a
potncia indicada pelo
fabricante.
4400 W
inverno 2200 W
vero
Tomar banho uma das boas e desejveis coisas afazer aps um dia de trabalho, ou de um jogo na
quadra da escola. Mas se o chuveiro daqueles quequando o tempo est frio ele esquenta pouco e nos diasquentes ele ferve, o banho pode tornar-se um martrio.
Como que se obtm o aquecimento desejado nessesaparelhos?
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34
9Para entrar em funcionamento, um aparelho eltrico tem
de estar conectado a um circuito eltrico fechado, que
inclui alm dele uma fonte de energia eltrica. No caso
do circuito eltrico da nossa casa, ele formado de
fios de cobre cobertos por uma capa de plstico, e a
fonte a usina.
A maioria dos aparelhos resistivos so formados de
apenas um fio metlico enrolado, que chamado de
resistor.
H tambm aparelhos resistivos que no possuem o
enrolamento de fio metlico, como o ferro de passar
roupas, os ebulidores de metal, os resistores cermicos
de aquecedores.
Os fios de cobre da instalao da casa so ligados
s suas extremidades e, assim, o circuito fechado.
Quando o aparelho entra em funcionamento, a
corrente eltrica no circuito faz com que o
aquecimento fique mais concentrado no resistor. Por
exemplo, nas lmpadas esse aquecimento muito
grande e o filamento atinge temperaturas acima de
2000oC. J nos chuveiros e torneiras eltricas, a
Potncia corrente tenso
Potncia corrente tenso
Potncia corrente tenso
Para um certo aparelho, a tenso sempre a mesma
durante o seu funcionamento. O chuveiro um
exemplo disso. Mas mesmo assim podem-se obter
diferentes potncias (vero e inverno) sem variarmos
a tenso. Isso s vai acontecer se a corrente no resis-
tor for tambm diferente, j que a tenso da fonte
sempre a mesma. Para visualizar, podemos escrever
uma tabela:
temperatura atingida menor, at porque o filamento
est em contato com a gua. A mesma coisa acontece
nos aquecedores, que so utilizados nos dias frios, em
que o resistor adquire a cor vermelha. Sua temperatura
fica entre 650oC e 1000oC, dependendo da intensidade
da cor.
A potncia nos aparelhos resistivos
O aquecimento obtido com tais aparelhos um efeito
da corrente eltrica que existe no seu circuito. Esse efeito
trmico da corrente eltrica, que tem o nome de efeito
Joule, inseparvel da sua causa, isto , onde houver
corrente, h aquecimento.
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35
P = i . U
A relao entre a potncia, a corrente e a tenso pode serexpressa pela frmula:
Potncia = corrente x tenso
ou
Para que se possa obter esses diferentes graus de
aquecimento preciso controlar o valor da corrente
eltrica no resistor.
Ao variar a resistncia eltrica do resistor, aumentando-a
muito, mais ou menos ou pouco, regulamos a passagem
da corrente no resistor e controlamos o valor da corrente.
O controle do aquecimento em lmpadas, chuveiros e outrosaparelhos resistivos realizado atravs do valor da correnteeltrica que existe no resistor. Assim,
MAIOR MAIOR MAIORAQUECIMENTO POTNCIA CORRENTE
Assim, uma primeira forma de pensar esse efeito foi
considerar a resistncia eltrica de um resistor como a
medida da "dificuldade" que ele "ope passagem" de
corrente, idia que surgiu quando a corrente eltrica era
tida como um fluido. Embora no seja assim, esse modelo
permite explicar a relao entre resistncia e corrente
eltrica de forma adequada.
resistncia eltrica corrente eltrica
Os resistores no so feitos de cobre, que o material das
instalaes. Nas lmpadas, por exemplo, o material
utilizado o tungstnio.
Alm disso, a espessura do filamento alterada; assim,
obtm-se valores diferentes de corrente e,
conseqentemente, de potncia sem que seja necessrio
mudar o valor da tenso.
J no chuveiro o material utilizado uma mistura de
nquel e cromo, e o aquecimento maior no inverno
obtido com o uso de um pedao menor do seu filamento.
P = i . U
resumindo...
Para se obter diferentes graduaes no
aquecimento de um certo tipo de aparelho
resistivo, o fabricante ou muda a espessura
e/ou muda o comprimento do resistor.
grande pequenaX
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36
exercitando...
Rompendo a barreira da escurido
parte 1
Como diz o grande sbio que mora aqui no bairro,
depois de um tropeo vem uma escorregada. Estava
eu com a cozinha na mais completa escurido quando
no tive outra sada seno ir at o mercadinho e comprar
uma lmpada.
Na urgncia em que me encontrava, peguei a lmpada
e fui logo substituindo-a pela queimada. Ao ligar,
percebi que a luz que ela produzia era to fraquinha
que parecia a de uma vela.
Minha primeira reao foi culpar o mercadinho, mas
logo me dei conta de que fui eu mesmo quem pegou
a lmpada.
Verificando a potncia da lmpada, observei o valor de
60 W, a mesma da lmpada queimada, mas a sua tenso
era de 220 volts, e no de 110 V.
Voc pode me explicar por que a claridade no foi a
esperada?
parte 2
Voltando ao mercadinho, verifiquei que todas as lmpadas
postas venda eram de tenso 220 V, mas as potncias
iam de 25 W at 250 W. Que sugesto voc me daria
para que fosse possvel, emergencialmente, aumentar a
luminosidade da minha cozinha? Explique sua sugesto.
Efeito bumerangue
Preocupada com o aumento da conta de luz que subia a
cada ms, uma me, que era a chefe daquela famlia,
resolveu agir, depois de todos os apelos para que seus
"anjinhos" ficassem mais "espertos" na hora do banho.
Ela retirou o chuveiro novo que havia comprado e que
tinha a potncia de 5600 W / 2800 W - 220 V e recolocou
o antigo, que tinha potncia de 3300 W/2200 W - 220 V.
Houve mudana no aquecimento da gua?
Calcule o valor da corrente em cada caso e verifique se
isso est de acordo com sua resposta anterior.
Se isso acontecesse com voc, que outra providncia
tomaria?
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37
O controle da
corrente eltrica
Agora voc vai saber
de que maneira se
conseguem diferentes
aquecimentos.
Veroinverno no chuveiro; 40 W, 60 W, 100 W nas
lmpadas. Pela potncia, obtm-se diferentes
aquecimentos. Como o fabricante consegue fazer isso?
10
-
38
10
uso materiaisresistncia
especfica*
instalao residencial cobre
antena alumnio
lmpada tungstnio
chuveiros nquel-cromo
capas de fios borracha
suporte de fios em
postesmadeira
apoio de fios em
postesvidro
*materiais a 20 C, medido em volt x metro/ampre
1,7 . 10-8
2,8 . 10-8
o
5,6 . 10-8
1,1 . 10-6
1013 a 1016
108 a 1014
1010 a 1014
Resistncia eltrica
A escolha adequada do material a ser usado como resistorleva em conta a temperatura que ele dever atingir(lembre-se de que ele no pode derreter) e tambm a suacapacidade de "resistir" corrente eltrica. Essa capacidade diferente para cada tipo de material, e por isso ela denominada de resistncia especfica. O valor daresistncia especfica do material vai dizer se ele bomcondutor ou no: quanto maior for esse valor, maior ser a"resistncia" que ele oferece corrente:
resistncia especfica ALTA mau condutor eltrico
resistncia especfica baixa bom condutor eltrico
A tabela a seguir ilustra os valores de alguns materiais:
pelo controle da corrente que se pode graduar o
aquecimento produzido pelos aparelhos resistivos.
Escolhendo um material para ser o resistor, uma espessura
e um comprimento adequados, a resistncia eltrica do
resitor fica determinada, e assim o valor da corrente eltrica
pode ser controlado.
Existe uma frmula que permite o clculo da resistncia
eltrica. Adotando-se:
R para a resistncia eltrica do resistor;
(l-se r) para resistncia especfica do material;
l para o comprimento do resistor;
A para a rea de sua espessura;
podemos escrever que:
Nesta expresso matemtica podemos obter um valor
numrico para a resistncia eltrica do resistor dos aparelhos
resistivos, como o filamento da lmpada, do chuveiro, dos
aquecedores, os fios de ligao etc.
Note que esta expresso est de acordo com a forma como
as lmpadas so construdas, pois quanto maior for a
espessura do filamento, maior ser a sua rea e menor ser
a resistncia eltrica (lembre-se de que ela aparece no
denominador da frmula).
O controle da corrente eltrica
l
R = . lA
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39
Conseqentemente, maior sero a corrente e a potncia.
O mesmo se pode dizer para os chuveiros: como o
comprimento aparece no numerador da frmula, quanto
maior ele for, maior ser a resistncia eltrica e, portanto,
menor sero a corrente e a potncia. Isso corresponde
posio vero.
Ateno
Esta expresso permite o clculo da resistncia eltrica de
um resistor na temperatura em que o valor da resistncia
especfica foi obtida. Isso quer dizer que se tivermos o
comprimento e a rea da espessura do resistor do
chuveiro e conhecermos o material utilizado, poderemos
calcular a sua resistncia eltrica. O valor encontrado,
entretanto, pode no ser aquele que o resistor do chuveiro
vai ter ao funcionar.
Unidade:
Quando a tenso medidaem volt e a corrente emampre, a resistncia medida em volt/ampre(V/A), tambm conhecidapor Ohm ().
inverno
vero
resistncia resistncia
desligada ligada
A temperatura do resistor muda bastante quando por ele
est passando corrente eltrica, e consequentemente o
valor de sua resistncia eltrica tambm se altera: ele
aumenta muito. Isso acontece porque o valor da resistncia
especfica depende da temperatura.
O filamento de uma lmpada de 40 W - 110 V, por
exemplo, tem resistncia eltrica de aproximadamente
30 unidades quando ela est desligada. Acesa, a
temperatura do filamento chega a 2200oC, e o valor de
sua resistncia passa a ter o valor de aproximadamente
302,5 unidades.
Existe uma frmula que permite o clculo da resistncia
de um resistor em funcionamento:
tenso eltrica
Resistncia eltrica = ________________
corrente eltrica
ou seja:
R = U/iR = U/iR = U/iR = U/iR = U/i R = U/iR = U/iR = U/iR = U/iR = U/i
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40
Teste seu vestibular
1) Qual dos eletrodomsticos abaixo tem seu
funcionamento baseado no efeito Joule?
a. Geladeira b. Batedeira c. Torradeira
d. Liquidificador e. Espremedor de laranjas
2) No caso de um chuveiro ligado rede de distribuio
de energia eltrica:
a. diminuindo-se o comprimento do resistor, reduz-se a
potncia consumida.
b. aumentando-se o comprimento do resistor e
conservando-se constante a vazo de gua, a sua
temperatura aumenta.
c. para conservar a temperatura da gua, quando se
aumenta a vazo, deve-se diminuir o comprimento do
resistor do chuveiro.
d. a potncia consumida independe da resistncia eltrica
do chuveiro.
e. nenhuma das anteriores.
exercitando...
Planos (nada) econmicos
parte 1
Numa certa escola, j h algum tempo, os alunos
reivindicavam um chuveiro para tomar banho quente
depois dos jogos de campeonatos que se realizavam
aos sbados tarde. Com a verba curta e os preos nada
atrativos, foi providenciado um chuveiro "baratinho", que
depois de instalado mal dava para perceber que estava
funcionando, pois a gua praticamente no esquentava.
Proponha duas maneiras diferentes de solucionar esse
problema, excluda a possibilidade de trocar o chuveiro.
parte 2
Na organizao da entrega dos diplomas no teatro da
escola, a diretora verificou que era preciso fazer a ligao
de uma tomada para a aparelhagem de som. Encarregou
o vigia de providenciar o material necessrio mas
recomendou: no gaste muito, que a verba est no
fim. Na loja de material eltrico, o vendedor coloca o
vigia diante de um dilema: comprar os 10 m de fios
necessrios de qual espessura: mais fino e mais barato
ou o outro, um pouco mais grosso e mais caro? Ajude o
vigia a no entrar numa fria e no deixe que ele coloque
em risco a formatura dos alunos. Leve em conta que a
potncia do aparelho de som 350 W - 110 V.
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41
11 Ligaes eltricas
na residncia
Agora voc vai saber
como se obtm o 110
e o 220 e ainda como
se fazem as ligaes
de lmpadas,
tomadas e chuveiros.
Nas ruas somos capazes de observar quilmetros e
mais quilmetros de fios apoiados nos postes. Em nossa
casa dois ou trs desses fios passam pelo medidor e
depois deixam de ser vistos.
O que foi feito deles?
-
42
11Para compreender um pouco mais e saber como feita ainstalao eltrica em nossa casa, vamos ver os fios quechegam dos postes.
As caractersticas da eletricidade da rede pblica
Em alguns municpios a rede eltrica feita com dois fios,um fio fase, que um fio energizado, e um fio neutro,que pode ser tocado sem que se leve choque quando ocircuito est aberto. Nesse caso, a rede chamada demonofsica, e nela s podem ser ligados aparelhos de110 V. s vezes a rede eltrica constituda de dois fiosfase, e a tenso fornecida de 220 V.
Detalhes da instalao eltrica residencial
Vamos olhar com mais ateno para os fios que chegam doposte de sua casa ou prdio e descem para o medidor deconsumo de energia eltrica (relgio de luz). Normalmenteso trs fios que vo para o quadro de distribuio. Depoisde passar pelo relgio de luz, que o aparelho que medeo consumo de energia eltrica, chegam ao quadro dedistribuio trs fios que passam pela chave geral, da paraoutras chaves.
A chave geral serve como interruptor de toda a instalaoeltrica; quando desligada, os aparelhos no funcionam.Isso facilita o manuseio na instalao e at pequenos reparos.
Da chave geral os fios podem ser combinados dois a dois,podendo fornecer tenses 110 V e 220 V, passando poroutras chaves de distribuio: fase e neutro (110 V) e fasefase (220 V).
Em outros municpios chegam trs fios, sendo dois fiosfase e um fio neutro; nesse caso, a rede chamada debifsica, podendo ligar aparelhos de 110 V ou 220 V,dependendo da distribuio do circuito residencial.
Ligaes eltricas na residncia
-
43
2. Tomada simples e lmpada cominterruptor (220 V)
Nesse caso, os dois fios de ligao datomada so ligados aos fios fase darede eltrica. Na lmpada, um fio fase ligado ao interruptor e o outro ligado diretamente a um dos contatosno soquete.
Uma outra maneira de ligar os aparelhos eltricos chamadade ligao em srie. Nesse caso, uma lmpada ouaparelho depende do funcionamento dos demais. Se umaparelho for desligado por qualquer motivo, o circuito ficaraberto, impedindo o funcionamento dos outros, pois serimpedida a passagem da corrente. Portanto, esse tipo deligao no feito nas instalaes de aparelhos eltricosresidenciais.
A ligao em srie utilizada em alguns circuitos deiluminao de rvores de Natal e nos circuitos internos dealguns aparelhos, como: rdio, TV etc.
Os fusveis so colocados somente nos fios energizados(fios fase). No devemos colocar fusveis nos contatos dachave por onde passa o fio neutro, pois se ele queimar ocircuito ficar sem o neutro, e um aparelho ligado a estecircuito no funcionar. Alm disso, se uma pessoa tocar oaparelho, poder levar um choque, conduzindo a correnteeltrica para a Terra.
Tipos de ligao
Os aparelhos eltricos normalmente j vm com a tensoe a potncia eltrica especificadas e que precisam deintensidades de correntes diferentes para funcionaremcorretamente.
Pelo funcionamento das lmpadas e aparelhos eltricos deuma residncia possvel perceber que as suas ligaesso independentes. Isto , se a lmpada da sala queimarou for desligada, no haver interferncia no funcionamentode outras lmpadas ou aparelho que estiver funcionando.
Nessa situao, os aparelhos so ligados de forma quetenham a mesma tenso. A esse tipo de ligao chamamosde ligao em paralelo.
ateno!
2. O manuseio durante umatroca de lmpada ou umreparo numa tomada devesempre ser realizado com ocircuito aberto, o que feitodesligando-se a chavegeral.
1. Na ligao de torneiras echuveiros necessria aligao de um fio terra paraevitar possveis choques.
Como devem ser instalados os
aparelhos
1. Tomada simples e lmpada cominterruptor (110 V)
Na ligao da tomada, um fio ligadoao fase, e o outro ao neutro. Nalmpada, o fio neutro deve estarligado ao soquete, e o fio fase aointerruptor. Essa medida evita que setome choque quando for trocar almpada, estando o interruptordesligado.
3. Torneira e chuveiro eltrico
Normalmente esses aparelhos so fabricados parafuncionar em 220 V mas podem ser fabricados para110 V.
fase
fase
fase
fase
neutro
Tanto num caso como nooutro, as ligaes so feitasde modo semelhante tomada 220 V ou 110 V,conforme o caso.
neutro
-
44
1. Quando mais de um aparelho entra em funcionamento,em certos trechos de circuito eltrico residencial a correnteeltrica maior do que se estivesse ligado apenas umaparelho. Isso deve ser levado em conta no uso debenjamins, que servem para deixar simultaneamente vriosaparelhos conectados numa tomada. Em muitos casos ocorreto ligar um aparelho de cada vez na tomada.
saiba que...
1. A figura ilustra uma instalao feita corretamente,descubra o fio fase e o fio neutro. fio .........
fio ..........
2. Faa as ligaes corretamente.
2. A espessura dos fios de ligao tem um papelimportante. Nas instalaes pode ocorrer perdas deenergia, seja por aquecimento dos fios (efeito joule), sejapor fugas de corrente etc., colocando em risco asegurana das pessoas e de toda a instalao.
Como a corrente determinada pelo aparelho, aespessura dos fios da instalao tem um papel importante,pois se estes forem finos sua resistncia eltrica ser maior,aumentando assim a potncia dissipada.
Uma mesma corrente que passa por um fio de cobrefino provoca um aquecimento maior do que se ela passarpor um fio de cobre grosso. Portanto, quanto mais grossoo fio, maior a corrente que ele suporta sem aquecer.
A escolha da fiao para uma instalao deve levar emconta a corrente mxima que os fios suportam.
tabela
exercitando....
fio em
AWG
espessur
em mm
corrente mxima
em aberto (A)
corrente mxima
em conduite (A)
16 1,5 15 11
14 2,1 20 15
12 3,3 25 20
10 5,3 40 30
8 8,4 55 40
6 13 80 55
4 21 105 70
2 34 140 95
2
fase
fasefasefasefasefase
neutro
a
-
45
12Circuitos eltricos e
sua representao
Vamos aprender uma
maneira de simplificar
desenhos que
representam os
circuitos eltricos.
BBBBB
A C
D
E
F
G
Hfase
neutro
fase
Na figura abaixo est representada uma rede dedistribuio de 110 V em que foram instaladas 2lmpadas e 2 tomadas: uma para ligar um ferro
eltrico e outra para um secador de cabelo. Do relgiode luz at a ltima lmpada foram utilizados 30
metros de fio de cobre 14, incluindo o fase e o neutro.Para completar as ligaes das tomadas e das
lmpadas, foram necessrios 4 metros de fio 16.
1
1
2
2
-
46
12 Circuitos eltricos e sua representaoc) Suponhamos que apenas a lmpada do interruptor 1 esteja ligada.A corrente exigida para seu funcionamento ser:
Se ligarmos tambm o ferro eltrico na tomada 2, a corrente exigidapara seu funcionamento ser: i
2.
De modo que a corrente entre o relgio de luz e os pontos E e F ser:
i = i1 + i
2 = 0,91 + 6,81 = 7,72A
Ptotal
= 500 + 100 + 60 + 750 = 1410 W
a) Para identificar se as ligaes foram feitas em srie ou em paralelo,vamos observar onde os fios da tomada e das lmpadas foram conectados.Nesse caso foram conectados nos fios fase e neutro, que fornecem umatenso de 110 V. Portanto, a ligao foi feita em paralelo.
Nesse tipo de ligao, o funcionamento desses aparelhos no interrompido quando um deles ligado, desligado ou est "queimado".
b) Para sabermos qual o fusvel adequado para uma instalao, devemoslevar em conta que todos os aparelhos estejam ligados, fazer a somatotal da potncia consumida de cada aparelho e desprezar a potnciadissipada na fiao,
1. Com base nos dados indicados na figura da pgina anterior,
vamos discutir as questes:
a) Identifique se as ligaes dos aparelhos foram feitas em srie ou emparalelo.
b) Qual o fusvel adequado para proteger essa instalao, sabendo-seque a corrente mxima admissvel para o fio 14 20A?
c) Discuta por que possvel substituir por um fio mais fino (16) as ligaesdas lmpadas e tomadas.
d) Represente esquematicamente esse circuito, calculando os valoresdas resistncias em cada trecho.
Se todos os aparelhos estiverem funcionando, cada um exigir umadeterminada corrente que pode ser calculada pela equao P = U.i, e acorrente total, que a soma de todas essas correntes, corresponderapenas ao trecho entre o relgio de luz e os pontos A e B.
d) O clculo das resistncias podem ser feitos usando-se as equaes:P=U . i e R= U/i . Usando o smbolo para os resistores, temos:
Usando a equao: P = Ui, obtemos:
que a corrente que passa pela chave na caixa de luz. O fusveladequado para proteger a instalao eltrica de 15A, pois compatvelcom a corrente mxima admitida pelo fio de cobre 14 e est acima dovalor da corrente requerida por todos os aparelhos funcionando aomesmo tempo.
Admitindo-se que aescolha dos fios foiadequada,.tanto osfios da rede principalquanto os fios que seligam aos aparelhos,possuem resistnciaeltrica desprezvel.Assim, podemossimplificar um poucomais o circuito erepresent-lo damaneira ilustrada aolado.
P 1410 Wi = = = 12,8A,U 110 V
~___ _______
100 W
110 Vi1 = = 0,91A,~
750 W
110 Vi2 = = 6,81A,~
-
47Na associao em srie, cada lmpada do circuito est submetida a
uma tenso cuja soma equivale tenso total entre os extremos A e Bdo circuito (uma vez que as perdas na fiao podem ser consideradasdesprezveis).
Como a tenso em cada lmpada sempre menor que a tenso aplicadanos terminais da associao, a potncia dissipada em cada uma delas naligao em srie sempre menor do que a indicada pelo fabricante.Nessas condies ela ter um brilho bem menor que o esperado. Almdisso, se uma lmpada queimar, interrompe o circuito e conseqentementeas outras apagam. Por isso esse tipo de ligao no usado nas instalaesresidenciais, mas pode ser achada nos cordes de luzes de rvore denatal; se desligarmos apenas uma delas, apagar toda a seqncia delmpadas em srie.
UAB
= UAC
+ UAD
+ UDB
Como:UAC
= R1.i, U
CD = R
2.i e U
DB = R
3.i
ento: UAB
= R1.i + R
2.i + R
3.i
Para calcularmos a resistncia equivalente da associao usaremos arelao: U
AB = R
eq.i, portanto:
Req
. i = (R1 + R
2 + R
3).i
Req
= R1 + R
2 + R
3
A potncia dissipada na associao em srie calculada pela relao:
P= R .i2 = Req
.i2 = (R1 + R
2 + R
3 ) . i2 =
R
1 .i2 + R
2 . i2 + R
3 . i2
ou seja,
P = P1 + P
2 + P
3
2. Vamos verificar de que modo podemos ligar trs lmpadas
L1, L
2 e L
3 de mesma tenso em um circuito.
Existem quatro formas diferentes: todas em srie, todas em paralelo,duas em srie e em paralelo com a terceira ou duas em paralelo e emsrie com a terceira.
As vantagens e as desvantagens de cada tipo de associao, serodiscutidas a seguir:
1. Ligao em srie: neste tipo de ligao a mesma corrente seestabelece nas trs lmpadas do circuito. Vejamos a figura.
A tenso total aplicada s trs lmpadas pode ser escrita como:
De um modo mais simplificado, temos:
110 V
-
48
2. Ligao em paralelo: este tipo de ligao se caracteriza pelo fatode todas as lmpadas estarem submetidas a uma mesma tenso,desprezando-se a resistncia eltrica dos fios da instalao.
A tenso AB igual s tenses CD, EF e GH, pois estamos desprezandoa resistncia dos fios. Desse modo podemos reduzir ainda mais oesquema:
i = U/Req
, onde Req
a resistncia equivalente da associao.
Sendo i1 = U/R
1, i
2 = U/R
2 e i
3
= U/R3
Substituindo na equao i = i1 + i
2 + i
3, teremos:
As correntes estabelecidas em cada uma delas ser i1, i
2, i
3, e a corrente
total, estabelecida entre os pontos A e B do circuito, ser i = i1 + i
2 +
i3.
Assim, se a tenso a mesma, pela lei de Ohm, temos:
U/Req
= U/R1 + U/R
2 + U/R
3 ou
1/Req
= 1/R1 + 1/R
2 + 1/R
3
Na associao em paralelo, a tenso em cada lmpada a mesma, e apotncia dissipada em cada lmpada independe do nmero de lmpadasagrupadas, e, conseqentemente, o brilho da lmpada tambm. O brilho igual ao que teria se ela estivesse sozinha. Alm disso, se uma daslmpadas queimar, as demais no sofrem alterao. por isso que essaligao utilizada nas instalaes eltricas residenciais.
3. Ligao mista: ocorre quando combinamos os dois tipos de ligaoconforme mostra a figura:
Nessa situao, a tenso U se aplica nos terminais da srie R1 + R
2 e em R
3.
Assim, L3 ter brilho maior que L
1 e L
2. Em funo dessa caracterstica,
esse tipo de circuito tambm no empregado nas instalaes eltricasresidenciais, mas muito utilizado nos circuitos internos dos aparelhoseletrnicos, como rdio, TV, computadores etc.
A ltima possibilidade com trs lmpadas a ligao mista com duaslmpadas em paralelo associadas a uma em srie, representada no esquemaabaixo:
Podemos ainda representar esquematicamente a mesma ligao daseguinte forma:
Nessa situao, a tenso Uab
se aplica nosterminais da srie entre R
3 e o circuito
paralelo R1 e R
2. Assim, a corrente i se
divide em duas partes, L1 e L
2 , e volta a
ser a corrente total i em R3; por isso, L
3
ter brilho maior que L1 e L
2.
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49
13
Voc vai rever o
contedo das aulas
anteriores fazendo
e pensando
nestas questes.
EXEXEXEXEXEXERCCIOS Exerccios(Resistncia, tenso e corrente)
-
50
13 Exerccios
a) a resistncia do filamento da lmpada, quando ela estdesligada;
b) a resistncia do filamento da lmpada ligada.
4. Considerando que o dimetro do filamento detungstnio de uma lmpada de 40 W - 110 V cerca de3,6 . 10-2 mm, seu comprimento 50 cm e sua resistividade5,6 . 10-8m a 20oC, determine:
e) faa os mesmos clculos dos itens c e d para a ligaoinverno, considerando que o comprimento do fio, nestecaso, de 2,8 m;
f) por que na posio inverno a gua da ducha sai maisquente?
a) faa o esquema da ligao vero dessa ducha;
b) faa o esquema da ligao inverno;
c) calcule a resistncia eltrica na posio vero, quando elaest desligada;
d) calcule a resistncia eltrica da ducha em funcionamentona posio vero;
detalhe do resistor
C A B1. Um aquecedor de ambiente cuja potncia 800 W ligado na tenso 110 V.
a) qual o valor da corrente eltrica no resistor?
b) qual o valor da resistncia eltrica do resistor?
c) qual deve ser o valor da resistncia ltrica do resistorpara que ele tenha a mesma potncia e seja ligado natenso 220 V?
2. Numa instalao eltrica residencial no se deve colocarfusvel no fio neutro, pois se ele queimar, possvel quehaja um aumento de tenso indesejvel em certosaparelhos. Vamos conferir? Considere o esquema:
(R1, R
2,..., R
6 so as
resistncias eltricas
de 6 lmpadas)determine:
a) a tenso aplicada s lmpadas, quando o fusvel do fioneutro est normal (sem queimar);
b) a tenso aplicada s duas lmpadas de baixo, se ofusvel do fio neutro queimar.
3. Uma ducha com a inscrio 220 V - 2800 W/3800 Wtem o resistor com o aspecto da apresentado na figura aseguir. Esse resistor constitudo de um fio de nquel-cromo de resistncia especfica 1,1.10-6 .m, 0,6 mm dedimetro e 4 m de comprimento, enrolado em espiral,com trs pontos de contato eltrico. No ponto A estligado um dos fios fase, e aos pontos B e C, dependendoda posio da chave, liga-se o outro fio fase, queestabelece as ligaes inverno/vero.
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51
8. Numa residncia, geralmente chegam trs fios da rua,dois fases e um neutro, que so ligados chave geral.
a) Faa o esquema de uma chave geral e de trs chavesparciais, de modo a obter duas chaves de distribuio de110 V e outra de 220 V.
b) Faa um esquema indicando a ligao de uma lmpadacom interruptor, de uma tomada em 110 V e de umchuveiro em 220 V.
a) a corrente exigida pelo aparelho para dissipar aspotncias nominais quando o chuveiro est ligado com achave na posio vero e na posio inverno;
b) o menor dimetro possvel do fio e o fusvel que devemser utilizados nessa instalao. Consulte a tabela;
c) a energia consumida num banho de 15 minutos com ochuveiro ligado na posio inverno;
d) a porcentagem de consumo de energia em banhos deaproximadamente 15 minutos de uma famlia de trspessoas, cujo consumo mensal de 250 kWh.
5. Numa rede de 220 V ligado um chuveiro com ainscrio 220 V - 2800/4400 W.
Utilizando essas informaes e as da tabela da aula 10,determine:
6. Nas figuras abaixo esto indicadas as informaesencontradas nos folhetos ou chapinhas que acompanhamaparelhos eltricos.
Qual(is) dele(s) no poderia(m) ser ligado(s) tomada desua casa? Se voc o fizesse, quais seriam as conseqncias?
7. Uma lmpada de abajur possui a seguinte inscrio:127 V - 22 W.
a) O que acontece se a ligarmos nos terminais de umabateria de 12 V?
b) Seria possvel, se dispusssemos de muitas baterias, ligaressa lmpada de modo que ela tenha brilho normal?
c) Em caso afirmativo, como voc faria?
d) Caso no seja possvel fazer a ligao da lmpada nasbaterias, como e onde ela deveria ser ligada para ter brilhonormal?
liquidificador
110 V/300 W/60 Hz
TV 12 V/DC
30 W
chuveiro 220 V 2800/3800 Wbatedeira
50/60 Hz
250 W
110 V
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52
1. Uma corrente eltrica de 0,500A flui num resistor de10. A ddp ou tenso eltrica entre as extremidadesdo resistor, em volts, igual a:
a)( ) 5,0 . 102 c)( ) 20 e)( ) 5,0 . 10-2
b)( ) 5,0 . 10 d)( ) 5,0
2. Os resistores R1, R
2 e R
3 esto associados como indica
a figura abaixo. Sabendo que R1 = 2,0 , R
2 = 2,0 , e
R3 = 4,0 , podemos afirmar que a resistncia
equivalente entre os pontos A e B em ohms de:
a)( ) 2,0 b)( ) 3,3 c)( ) 4,0 d)( ) 6,0 e)( ) 8,0
3. Um eletricista instalou numa casa, com tenso de120 V, dez lmpadas iguais. Terminado o servio,verificou que havia se enganado, colocando todas aslmpadas em srie. Ao medir a corrente no circuito,encontrou 5,0 . 10-2A. Corrigindo o erro, ele colocoutodas as lmpadas em paralelo. Suponha que asresistncias das lmpadas no variam com a corrente.Aps a modificao, ele mediu, para todas as lmpadasacesas, uma corrente total de:
a)( ) 5,0A b)( ) 100A
c)( ) 12A d)( ) 10A
e)( ) 24A
teste seu vestibular
7. Uma lmpada incandescente possui as seguintesespecificaes (ou valor nominal): 120 V, 60 W. Respondaas questes a seguir.
a) Se ela for ligada em 220V, a potncia permanecer 60W?
b) Quando a lmpada ligada conforme as especificaes,a resistncia vale 240?
c) Qualquer que seja a tenso aplicada a lmpada, aresistncia permanece constante?
d) Quando desligada, a resistncia da lmpada maiorque quando ligada?
e) Quando ligada, conforme as especificaes, a corrente de 2,0A?
4. A transmisso de energia eltrica a grande distncia acompanhada de perdas causadas pela transformao deenergia eltrica em:
a.( ) calor c.( ) energia cintica
b.( )magnetismo d.( ) luz
5. Um aquecedor eltrico dissipa 240W quando ligado auma bateria de 12V. A corrente que percorre a resistncia:
a)( ) 0,050A c) ( ) 1,67A e) ( ) 2880A
b) ( ) 0,60A d) ( ) 20A
6. Um condutor atravessado por uma corrente de 2ampres quando a tenso em seus terminais vale 100 volts.A resistncia do condutor de:
a) ( ) 0,02 c)( ) 200
b) ( ) 50 d)( ) 400
eletro07-2.pdfeletro08-2.pdfeletro09-2.pdfeletro10-2.pdfeletro11-2.pdfeletro12-2.pdfeletro13-2.pdf