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Eletricidade I
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Estrutura atómica da matéria
Os protões e os neutrões encontram-se no núcleo dos átomos.
Os electrões têm carga eléctrica negativa e giram em órbitas electrónicas à volta do núcleo dos átomos.
Os electrões das últimas órbitas electrónicas que conseguem sair ficam livres e designam-se por electrões livres.
A matéria quer se encontre no estado sólido, liquido ou gasoso é constituída por moléculas, as moléculas por átomos e os átomos por electrões, protões e neutrões.
Órbita electrónica
Electrão livre
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Intensidade da corrente eléctrica
A intensidade da corrente eléctrica (I) é o movimento orientado desses electrões livres ao longo dos condutores eléctricos.
Condutor eléctricoElectrões livres
Os condutores eléctricos (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica.
Os isoladores eléctricos (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica.
Grandeza eléctrica Unidade Aparelho de medida
Intensidade da corrente elétrica (I) Ampére (A) Amperímetro
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Sentido da corrente elétrica
O sentido convencional da corrente elétrica é do potencial positivo (+) para o potencial negativo (-) do gerador.
O sentido real da corrente elétrica é do potencial negativo (-) para o potencial positivo (+) do gerador.
Condutor eléctricoElectrões livres
+ _
+_
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Tensão ou diferença de potencial
Grandeza eléctrica Unidade Aparelho de medida
Tensão ou diferença de potencial (U) Volt (V) Voltímetro
Para que haja um movimento orientado dos electrões livres é necessário aplicar ao condutor eléctrico uma tensão (U) através da utilização de um gerador eléctrico (pilha, bateria, dínamo ou alternador).
Na figura vemos o gerador (bateria) que é responsável por criar uma tensão (U) ou diferença de potencial que vai ser responsável pelo movimento orientado dos electrões livres que se encontram nos condutores eléctricos e que ao passarem no filamento da lâmpada (receptor) vão provocar a emissão de luz.
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Força eletromotriz – f.e.m.
Um gerador é um dispositivo ou aparelho que mantém constante a d.d.p. aos seus terminais. Quando se liga o terminal positivo ao negativo através de um receptor vai haver movimento de cargas eléctricas, corrente eléctrica. O gerador vai manter a diferença de potencial para que continue a haver corrente. O que faz com que a o gerador mantenha a d.d.p., repondo as cargas internamente do pólo positivo para o negativo é a sua força electromotriz, que se exprime em volts.
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Resistência elétrica
A resistência eléctrica (R) consiste na dificuldade que os materiais apresentam à passagem da corrente eléctrica.
Os materiais condutores (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica, já que apresentam uma resistência praticamente nula (R ≈ 0).
Os materiais isoladores (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica oferecendo uma grande resistência à sua passagem (R ≈ ∞).
Grandeza eléctrica Unidade Aparelho de medida
Resistência eléctrica (R) Ohm () Ohmímetro
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Resistividade elétricaA resistência eléctrica (R) de um condutor aumenta com o seu comprimento (l) e diminui se a sua secção (S) aumentar.Considerando o comprimento do condutor expresso em metros (m) e a secção do condutor em milímetros quadrados (mm2), a resistência é expressa em ohm (Ω).
Na expressão aparece um coeficiente de proporcionalidade (ρ) denominado de resistividade eléctrica que é uma medida da oposição de um dado material à passagem da corrente eléctrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem da corrente elétrica.
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Múltiplos e Submúltiplos
Sucede por vezes, que a unidade adoptada é muito maior ou muito menor do que a grandeza a medir. Assim, teremos de usar submúltiplos ou múltiplos dessa unidade.O quadro seguinte indica as designações de alguns dos prefixos mais usados.
Prefixo Símbolo Factor de multiplicação
Múltiplos
quilomegagigatera
KMGT
1 000 = 103
1 000 000 = 106
1 000 000 000 = 109
1 000 000 000 000 = 1012
Submúltiplos
milimicronanopico
mµnp
0,001 = 10-3
0,000 001 = 10-6
0,000 000 001 = 10-9
0,000 000 000 001 = 10-12
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Lei de OhmQuando aos terminais de um circuito de resistência R [Ω] é aplicada uma diferença de potencial U [V], produz-se nele uma corrente de intensidade I [A], cujo valor obedece à expressão:
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Aplicação da lei de Ohm
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Circuito eléctricoQualquer circuito eléctrico é constituído por gerador, receptor, condutores eléctricos e geralmente por um aparelho de comando.
Gerador
Receptor
Co
nd
uto
res
Aparelho de comando
Geradores de corrente contínua:Pilha, bateria de acumuladores ou dínamo.
Gerador de corrente alternada:Alternador.
Receptores:Lâmpada, campainha, motor, electrodomésticos.
Aparelhos de comando:Interruptor, botão de pressão.
Condutores eléctricos:Condutor de cobre com um isolamento exterior de plástico.
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SimbologiaUm circuito eléctrico é representado por um esquema eléctrico através de símbolos.
Pilha Campainha
Bateria de acumuladores
Motor
Dínamo Interruptor
Alternador Botão de pressão
Lâmpada Condutor
M
G ~
G _
+ _
+ _
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Circuito elétrico aberto e fechado
+ _
O circuito eléctrico está aberto porque o interruptor não permite a passagem da corrente eléctrica logo a lâmpada estará apagada.
+ _
O circuito eléctrico está fechado porque o interruptor permite a passagem da corrente eléctrica logo a lâmpada estará acesa.
Um interruptor a comandar uma lâmpada.
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Efeitos da corrente elétricaA corrente eléctrica quando percorre um circuito eléctrico pode produzir os seguintes efeitos: Efeito calorífico, efeito luminoso, efeito magnético, efeito mecânico, efeito químico.
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Ligação em série de resistênciasAs resistências são ligadas umas a seguir às outras.
RT = R1 + R2 + R3
Síntese das características da associação sériea) A intensidade I é a mesma em todas as resistências b) A tensão total aplicada é igual à soma das tensões parciais nas diferentes resistências UT = U1 + U2 + U3 +...Un c) A resistência total equivalente é igual à soma das resistências parciais RT = R1+ R2 + R3+…Rn
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Receptores ligados em série
Inconvenientes da ligação em série de receptores:
•Se um dos receptores avariar (por exemplo uma lâmpada fundir) a corrente eléctrica já não passa para os outros receptores ou seja, o circuito fica interrompido para os restantes receptores.
•A tensão aplicada pelo gerador ao circuito divide-se pelo número de receptores.
+ _
9 Volt
3 Volt 3 Volt 3 Volt
Os receptores são ligados uns a seguir aos outros.
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Ligação em paralelo de resistênciasAs resistências estão ligadas em paralelo ou em derivação, quando as extremidades das resistências estão ligadas entre si.
Síntese das características da associação em paralelo:a) A tensão é a mesma em todas as resistências. b) A Intensidade total (IT) é igual à soma das intensidades parciais nas diferentes resistências IT = I1 + I2 + I3 +.....In c) A resistência total equivalente é igual à soma dos inversos das resistências parciais d) A resistência total equivalente é sempre menor que a menor das resistências parciais.
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Receptores ligados em paraleloOs receptores são ligados uns aos terminais dos outros.
Vantagens da ligação em paralelo dos receptores:
•Se um dos receptores avariar (por exemplo uma das lâmpadas fundir) os outros continuam a funcionar porque a corrente continua a poder passar por eles.
•A tensão aplicada pelo gerador ao circuito é a tensão que fica aplicada em cada receptor independentemente do seu número.
Por estes motivos é que todos os receptores das nossas casas estão ligados em paralelo.
+ _
9 Volt
9 Volt
9 Volt
9 Volt
Nó ou derivação
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Potência elétrica
A potência eléctrica de um equipamento pode ser calculada através da tensão aplicada e da corrente consumida.
A energia eléctrica (W) consumida por um equipamento é definida como sendo o produto da potência eléctrica pelo tempo.
A unidade de potência eléctrica (P) é o watt (W), do tempo (t) é a hora (h) logo, a unidade de energia elétrica é o Watt-hora (Wh)
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Efeito de Joule
Já foi referido que um dos efeitos da corrente elétrica é o efeito calorífico, ou seja, esta provoca o aquecimento de todos os condutores e aparelhos que percorre. Este efeito toma o nome de Efeito de Joule.
A energia elétrica transformada em energia calorífica no circuito elétrico de um recetor é diretamente proporcional à resistência deste, ao quadrado da intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem desta.
A corrente é expressa em amperes (A), a resistência em ohm (Ω), o tempo em segundos (s) e o calor é expresso em joules (J).
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Ligação do amperímetro e voltímetro
O Voltímetro é ligado em paralelo ou em derivação aos terminais do recetor ou do gerador
O Amperímetro é ligado em série no circuito.
+ _
A+ _
+ _
V+ _
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Multímetro
O multímetro é um aparelho de medida que permite medir a Intensidade da corrente eléctrica, a Tensão ou diferença de potencial, a Resistência eléctrica, verificar a continuidade eléctrica, etc.
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Transformações energéticasDínamo - Transforma energia mecânica em energia elétrica
η = Pu : Pa
η – rendimentoPu – Potência útil(Potência elétrica)
Pa – Potência absorvida (Potência mecânica)
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Transformações energéticasMotor – Transforma energia elétrica em energia mecânica
η = Pu : Pa
η – rendimentoPu – Potência útil(Potência mecânica)
Pa – Potência absorvida (Potência elétrica)
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Proteção das pessoasEm caso de electrocussão é importante seguir alguns passos para garantir os primeiros socorros: - Antes de avançar para a vítima deve desligar o disjuntor do circuito (ou o interruptor geral do quadro) que provocou o choque eléctrico. - Se não for possível, deve afastar a vítima dos condutores, garantindo primeiro o seu isolamento (colocar-se sobre uma base isolada – madeira, tapete borracha, etc.) ou utilizar equipamentos isolantes para afastar os condutores. - Se for necessário, aplicar os primeiros socorros à vítima (reanimação cárdio-respiratório) e chamar urgentemente o 112. - Arejar bem o local, desapertar roupa e sapatos. - Manter a vítima numa posição que mantenha a desobstrução das vias respiratórias.
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Lucínio Preza de Araújo 27
Sensores e transdutores
TransdutorDispositivo que converte uma forma de energia noutra.É o caso das células fotovoltaicas que convertem directamente luz em energia eléctrica.
SensorDispositivo que converte uma forma de energia numa variação de uma grandeza eléctrica qualquer, como corrente ou resistência.Esse é o caso das LDR em que o valor da sua resistência varia com a luz que incide nela..