Eletricidade Basica: mudanças entre as edições

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=Eletricidade Básica=
=Eletricidade Básica=
;Autoria: Evandro Cantú / IFPR - Câmpus Foz do Iguaçu
 
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==Fundamentos e definições ==


Conhecer os princípios da eletricidade é fundamental para compreender o funcionamento dos dispositivos eletroeletrônicos.  
Conhecer os princípios da eletricidade é fundamental para compreender o funcionamento dos dispositivos eletroeletrônicos.  


Nestes disposistivos, a eletricidade é controlada por meio de '''circuitos elétricos''', envolvendo grandezas como '''tensão''' e '''corrente elétrica''' e uma série de componentes eletroeletrônicos, como '''resistores''', '''capacitores''', '''transistores''', '''diodos''', '''leds''', '''chaves''', etc.
Nestes disposistivos, a eletricidade é controlada por meio de '''circuitos elétricos''', envolvendo grandezas como '''tensão''' e '''corrente elétrica''' e uma série de componentes eletroeletrônicos, como '''fontes de tensão''', '''resistores''', '''capacitores''', '''transistores''', '''diodos''', '''leds''', '''chaves''', etc.


==Circuito elétrico==
==Circuito elétrico==


Um '''circuito elétrico''' básico envolve três grandezas elétricas:
Um '''circuito elétrico''' básico é formado por uma '''fonte de tensão''' (como uma bateria), uma '''carga''' (ou resistência) e '''fios condutores'''. Nestes elementos, três grandezas elétricas estão envolvidas:
*'''Tensão elétrica''': É a diferença de potencial elétrico entre dois pontos, medida em '''Volts (V)''';
*'''Tensão elétrica''': É a diferença de potencial elétrico entre dois pontos, medida em '''Volts (V)''';
*'''Corrente elétrica''': É a energia elétrica em movimento em um condutor de eletricidade, medida em '''Amperes (A)''';
*'''Corrente elétrica''': É a energia elétrica em movimento em um condutor de eletricidade, medida em '''Amperes (A)''';
*'''Resistência elétrica''': É a oposição a passagem de corrente elétrica, exercida pelos fios condutores e outros dispositivos, como resistores, medida em '''Ohms (&Omega)'''.
*'''[[Resistores|Resistência elétrica]]''': É a oposição a passagem de corrente elétrica, exercida pelos fios condutores e outros dispositivos, como resistores, medida em '''Ohms (Ω)'''.


;Circuito elétrico fundamental
;Circuito elétrico elementar
[[Arquivo:Circuito.png]]
[[Arquivo:Circuito.png]]


;Lei de Ohm: Estabelece a relação entre '''tensão''', '''corrente''' e '''resistência''' elétrica.
==Lei de Ohm==
Estabelece a relação entre '''tensão''', '''corrente''' e '''resistência''' elétrica.
  V = R . I
  V = R . I
ou
ou
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  I = V / R
  I = V / R


==Leis de Kirchhoff==
Baseadas no '''princípio da conservação da energia''', estabelecem princípios fundamentais para a análise de '''circuitos elétricos'''.


;Potência elétrica: Indica a quantidade de energia sendo utilizada no circuito, medida em '''Watts (W)'''. É dada pelo produto entre a tensão e a corrente elétrica.  
;Lei de Kirchhoff das Malhas: A '''soma das tensões''' (ou quedas de tensões) ao longo de uma '''malha''' é igual a '''zero'''.  
P = V . I
:Ao percorrer uma malha de um circuito, consideramos as '''tensões''' das '''fontes de tensão''' e as '''quedas de tensão''' sobre os resistores, estas últimas dadas pela '''Lei de Ohm''' aplicadas em cada resistor.
ou
P = V<sup>2</sup> / R
P = R . I<sup>2</sup>
 
;Exercício
#Suponha que um chuveiro elétrico tenha potência de 4.000 W e será alimentado por tensão elétrica de 127 V. Qual a corrente que irá circular pela resistência elétrica do chuveiro? Qual o valor da resistência do chuveiro? Qual o valor adequado para a corrente do disjuntor para proteger o chuveiro de sobre-correntes?
#Suponha que uma lanterna seja alimentada por duas pilhas de 1,5 V cada, organizadas em série, e alimente uma lâmpada de 3 W. Qual a corrente elétrica que irá circular pela resistência da lâmpada. Qual a resistência da lâmpada?
 
===Associação de Resistores===


Os resistores podem ser associados em série ou paralelo.
[[Arquivo:LeiDasMalhas.png]]
-V + R<sub>1</sub>I + R<sub>2</sub>I + R<sub>3</sub>I = 0
:Percorrendo a malha do circuito no sentido horário, que é o sentido indicado da corrente, encontramos a fonte de tensão pelo polo negativo, portanto esta tensão é marcada como negativa. Já as quedas sobre os resistores são marcadas como positivas, pois se dão no sentido da corrente. Como todos os resistores estão em série a corrente que percorre os mesmos é a mesma.


;Associação em série de resistores: Nos resistores em série a corrente elétrica é obrigada a circular pelos resistores em sequência, portanto, a resistência elétrica equivalente é a soma das resistências individuais.
ou isolando V:
V = R<sub>1</sub>I + R<sub>2</sub>I + R<sub>3</sub>I


[[Arquivo:AssociacaoSerie.png]]
;Lei de Kirchhoff dos Nós: A '''soma das correntes''' que entram em um '''nó''' é igual a soma das correntes que saem.
[[Arquivo:LeiDosNos.png]]
I<sub>1</sub> + I<sub>2</sub> = I<sub>3</sub>
ou
I<sub>1</sub> + I<sub>2</sub> - I<sub>3</sub> = 0


R<sub>eq.</sub> = R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub>
As '''Leis de Kirchhoff''' são utilizadas para a '''análise de circuitos'''. Por exemplo, um circuito com duas malhas a '''Lei de Kirchhoff das Malhas''' de vai gerar um sistema de equações com duas equações e duas incógnitas. Já a '''Lei de Kirchhoff dos Nós''' é mais indicada na análise de circuitos que apresentam '''fontes de corrente'''.


;Associação em paralelo de resistores: Nos resistores em paralelo a corrente elétrica se divide entre os resistores, portanto, a resistência elétrica equivalente é menor que as resistências individuais.
==Potência elétrica==
 
A '''potência elétrica''' indica a quantidade de energia utilizada em um dado tempo em um circuito. É medida em '''Watts (W)''' e é dada pelo produto entre a tensão e a corrente elétrica.  
[[Arquivo:AssociacaoParalelo.png]]
  P = V . I
 
  1/R<sub>eq.</sub> = 1/R<sub>1</sub> + 1/R<sub>2</sub>
ou
ou
  R<sub>eq.</sub> = R<sub>1</sub>.R<sub>2</sub> / (R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub>)
  P = V<sup>2</sup> / R
P = R . I<sup>2</sup>


===Divisor de Tensão===
==Energia elétrica==
 
A '''energia elétrica''' é a potência elétrica demandada por uma carga durante uma unidade de tempo.  
Quando uma tensão é aplicada sobre resistores em série, a tensão total é igual a somas das quedas de tensão sobre cada resistor.
 
[[Arquivo:DivisorTensao.png]]
 
V = V<sub>1</sub> + V<sub>2</sub>
V = I.R<sub>1</sub> + I.R<sub>2</sub>
ou
V<sub>1</sub> = R<sub>1</sub>/(R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub>) . V
V<sub>2</sub> = R<sub>2</sub>/(R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub>) . V
 
;Aplicativo interessante para ''smartphones'' e ''tablets'': '''ElectroDroid''': Código de cores para resistores, associação série e paralelo, divisor de tensão, etc.
 
===Medida de tensão e corrente elétrica em um circuito===
 
;Voltímetro: Permite medi
r a tensão elétrica sobre um dispositivo do circuito. As ponteiras do instrumento de medição devem ser conectadas em paralelo com o dispositivo sobre o qual se deseja medir a tensão.
 
[[Arquivo:Voltimetro.png]]
 
;Amperímetro: Permite medir a corrente elétrica circulando em um condutor do circuito. Os terminais do instrumento de medição devem ser conectadas em série com o trecho do circuito no qual se deseja medir a corrente circulando.
 
[[Arquivo:Amperimetro.png]]


No sistema internacional a unidade de energia é o '''Joule''' (J).
1 J = 1 W . s
Entretanto, as concessionárias de energia normalmente medem a energia elétrica consumida em '''kWh'''. No caso, o consumo de 1 kWh significa que a carga com potência de 1 kW ligada durante 1 hora.


==Exercícios==
#Determine a corrente elétrica que flui por um resistor de 1 kΩ quando ele é submetido a uma tensão de 5 V.
#Um resistor de 100 Ω é percorrido por uma corrente elétrica de 20 mA. Qual a tensão entre os terminais do resistor, em volts?
#Os valores nominais de uma lâmpada incandescente, usada em uma lanterna, são: 6,0 V; 20 mA. Qual o valor da resistência elétrica do seu filamento? Qual a potência elétrica da lâmpada?
#Suponha que uma lanterna seja alimentada por duas pilhas de 1,5 V cada, organizadas em série, e alimente uma lâmpada de 3 W. Qual a corrente elétrica que irá circular pela resistência da lâmpada. Qual a resistência da lâmpada?
#Suponha que um chuveiro elétrico tenha potência de 4.000 W e será alimentado por tensão elétrica de 127 V. Qual a corrente que irá circular pela resistência elétrica do chuveiro? Qual o valor da resistência do chuveiro? Qual o valor adequado para a corrente do disjuntor para proteger o chuveiro de sobre-correntes?
#Recalcule o exercício anterior supondo que a tensão de alimentação seja 220V. Responda qual nível de tensão seria mais adequado para a instalação elétrica deste chuveiro. Por que?
#Para o(s) chuveiro(s) do(s) exercício(s) anterior(es), calcule a energia elétrica consumida por um banho de 15 minutos.
#Um curto circuito ocorre quando conectamos (involuntariamente ou acidentalmente) os terminais positivo e negativo de uma fonte de tensão. Qual o valor teórico que tende corrente resultante de um curto circuito, considerando que a resistência dos fios condutores é próxima de zero?
#Explique porque num curto circuito temos aquecimento dos fios condutores, o que muitas vezes pode provocar incêndios.
#Explique a função do fio terra, ou aterramento, necessário na carcaça de equipamentos elétricos e eletrônicos.


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[[Usuário:Evandro.cantu|Evandro.cantu]] ([[Usuário Discussão:Evandro.cantu|discussão]]) 14h59min de 30 de agosto de 2021 (-03)
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[[Categoria:Eletrônica]]
[[Categoria:Eletrônica]] [[Categoria:Eletrotécnica]] [[Categoria:Energia Eletrica]]

Edição atual tal como às 16h37min de 4 de abril de 2023

Eletricidade Básica

Fundamentos e definições

Conhecer os princípios da eletricidade é fundamental para compreender o funcionamento dos dispositivos eletroeletrônicos.

Nestes disposistivos, a eletricidade é controlada por meio de circuitos elétricos, envolvendo grandezas como tensão e corrente elétrica e uma série de componentes eletroeletrônicos, como fontes de tensão, resistores, capacitores, transistores, diodos, leds, chaves, etc.

Circuito elétrico

Um circuito elétrico básico é formado por uma fonte de tensão (como uma bateria), uma carga (ou resistência) e fios condutores. Nestes elementos, três grandezas elétricas estão envolvidas:

  • Tensão elétrica: É a diferença de potencial elétrico entre dois pontos, medida em Volts (V);
  • Corrente elétrica: É a energia elétrica em movimento em um condutor de eletricidade, medida em Amperes (A);
  • Resistência elétrica: É a oposição a passagem de corrente elétrica, exercida pelos fios condutores e outros dispositivos, como resistores, medida em Ohms (Ω).
Circuito elétrico elementar

Lei de Ohm

Estabelece a relação entre tensão, corrente e resistência elétrica.

V = R . I

ou

R = V / I
I = V / R

Leis de Kirchhoff

Baseadas no princípio da conservação da energia, estabelecem princípios fundamentais para a análise de circuitos elétricos.

Lei de Kirchhoff das Malhas
A soma das tensões (ou quedas de tensões) ao longo de uma malha é igual a zero.
Ao percorrer uma malha de um circuito, consideramos as tensões das fontes de tensão e as quedas de tensão sobre os resistores, estas últimas dadas pela Lei de Ohm aplicadas em cada resistor.

-V + R1I + R2I + R3I = 0
Percorrendo a malha do circuito no sentido horário, que é o sentido indicado da corrente, encontramos a fonte de tensão pelo polo negativo, portanto esta tensão é marcada como negativa. Já as quedas sobre os resistores são marcadas como positivas, pois se dão no sentido da corrente. Como todos os resistores estão em série a corrente que percorre os mesmos é a mesma.

ou isolando V:

V = R1I + R2I + R3I
Lei de Kirchhoff dos Nós
A soma das correntes que entram em um é igual a soma das correntes que saem.

I1 + I2 = I3

ou

I1 + I2 - I3 = 0

As Leis de Kirchhoff são utilizadas para a análise de circuitos. Por exemplo, um circuito com duas malhas a Lei de Kirchhoff das Malhas de vai gerar um sistema de equações com duas equações e duas incógnitas. Já a Lei de Kirchhoff dos Nós é mais indicada na análise de circuitos que apresentam fontes de corrente.

Potência elétrica

A potência elétrica indica a quantidade de energia utilizada em um dado tempo em um circuito. É medida em Watts (W) e é dada pelo produto entre a tensão e a corrente elétrica.

P = V . I 

ou

P = V2 / R
P = R . I2

Energia elétrica

A energia elétrica é a potência elétrica demandada por uma carga durante uma unidade de tempo.

No sistema internacional a unidade de energia é o Joule (J).

1 J = 1 W . s 

Entretanto, as concessionárias de energia normalmente medem a energia elétrica consumida em kWh. No caso, o consumo de 1 kWh significa que a carga com potência de 1 kW ligada durante 1 hora.

Exercícios

  1. Determine a corrente elétrica que flui por um resistor de 1 kΩ quando ele é submetido a uma tensão de 5 V.
  2. Um resistor de 100 Ω é percorrido por uma corrente elétrica de 20 mA. Qual a tensão entre os terminais do resistor, em volts?
  3. Os valores nominais de uma lâmpada incandescente, usada em uma lanterna, são: 6,0 V; 20 mA. Qual o valor da resistência elétrica do seu filamento? Qual a potência elétrica da lâmpada?
  4. Suponha que uma lanterna seja alimentada por duas pilhas de 1,5 V cada, organizadas em série, e alimente uma lâmpada de 3 W. Qual a corrente elétrica que irá circular pela resistência da lâmpada. Qual a resistência da lâmpada?
  5. Suponha que um chuveiro elétrico tenha potência de 4.000 W e será alimentado por tensão elétrica de 127 V. Qual a corrente que irá circular pela resistência elétrica do chuveiro? Qual o valor da resistência do chuveiro? Qual o valor adequado para a corrente do disjuntor para proteger o chuveiro de sobre-correntes?
  6. Recalcule o exercício anterior supondo que a tensão de alimentação seja 220V. Responda qual nível de tensão seria mais adequado para a instalação elétrica deste chuveiro. Por que?
  7. Para o(s) chuveiro(s) do(s) exercício(s) anterior(es), calcule a energia elétrica consumida por um banho de 15 minutos.
  8. Um curto circuito ocorre quando conectamos (involuntariamente ou acidentalmente) os terminais positivo e negativo de uma fonte de tensão. Qual o valor teórico que tende corrente resultante de um curto circuito, considerando que a resistência dos fios condutores é próxima de zero?
  9. Explique porque num curto circuito temos aquecimento dos fios condutores, o que muitas vezes pode provocar incêndios.
  10. Explique a função do fio terra, ou aterramento, necessário na carcaça de equipamentos elétricos e eletrônicos.

Evandro.cantu (discussão) 14h59min de 30 de agosto de 2021 (-03)