Edição atual tal como às 11h23min de 12 de setembro de 2024

Oficina: Instrumentação Eletrônica

Corrente Contínua e Corrente Alternada

Corrente Contínua

É caracterizada pelo fluxo contínuo da corrente elétrica em um condutor, sempre na mesma direção.

Exemplos:

Pilha AA: 1,5 V
Carregador USB: 5 V
Pilha 9V: 9 V
Bateria de um carro: 12 V

Corrente Alternada (CA)

É uma corrente elétrica cujo sentido oscila no tempo, com uma frequência constante, e apresenta uma forma onda senoidal.

Exemplos:

Baixa Tensão: Distribuição residencial COPEL

Monofásica: 127V (fase - neutro)
Bifásica: 220V (fase - fase)

Média Tensão: Distribuição Urbana

Trifásica: 13,8kV

Alta Tensão: Transmissão de Energia

Trifásica: 69kV a 500KV

RISCO DE CHOQUE ELÉTRICO!!!

Cuitado com a ligação incorreta de equipamentos!!!

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: Unidade Volts (V);
Corrente elétrica: Unidade Amperes (A);
Resistência elétrica: Unidade 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

Potência elétrica: A potência elétrica indica a quantidade de energia utilizada em um dado tempo em um circuito. Unidade Watts (W).

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.

As concessionárias de energia normalmente medem a energia elétrica 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.
Suponha que um chuveiro elétrico tenha potência de 7.000 W e será alimentado por tensão de 220 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?
Se chuveiro acima fosse para tensão de 127 V, qual seria o valor da corrente elétrica.
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.

Resistores

Resistores são dispositivos que se opõe a passagem de corrente elétrica. Uma das características dos resistores é transformar energia elétrica em energia térmica por meio do efeito Joule. Em circuitos eletrônicos são também utilizados para limitar a corrente elétrica em um trecho do circuito.

A resistência elétrica de um resistor é medida em Ohms (Ω).

Código de cores de resistores

A primeira e segunda faixa indicam a magnitude da resistência, com dois dígitos. A terceira faixa é o parâmetro multiplicador que deve ser multiplicado pela magnitude para obter o valor da resistência em Ohms (Ω). A quarta faixa indica a tolerância, normalmente Dourada (5%) ou Prata (%10).

No exemplo, as faixas vermelho e violeta indicam magnitude 27 e a faixa marrom indica multiplicador 1, resultando num resistor de 27 Ω e tolerância de 5% (pode variar entre 25,7 e 28,3).

Associação em série de resistores

Num circuito com resistores associados em série a corrente elétrica circula pelos resistores em sequência, portanto, a resistência equivalente é a soma das resistências individuais:

R_eq. = R₁ + R₂

Associação em paralelo de resistores

Num circuito com resistores associados em paralelo a corrente elétrica se divide entre os resistores, portanto, a resistência elétrica equivalente é menor que as resistências individuais, e é dada por:

1/R_eq. = 1/R₁ + 1/R₂

ou

R_eq. = R₁.R₂ / (R₁ + R₂)

Potenciômetros

São resistências variáveis através de um cursor.

Na figura, através de um potenciômetro é possível implementar um divisor de tensão com uma tensão variável V_x obtida a partir do terminal central do potenciômetro.

Medidas Elétricas, Materiais e Ferramentas

Fios condutores e isolantes: Os fios elétricos são construídos com material condutor (cobre) e são revestidos com material isolante (plástico antichama).

A fita isolante é utilizada para isolar emendas de fios e proteger fios e contatos expostos.

Ferramentas para trabalhar com eletrônica

Alicate de bico: Dobrar e torcer fios;
Alicate de corte: Cortar e desencapar fios;
Chaves de fenda e chaves philips;
Alicate Universal: Uso geral.

Multímetro: Aperelho multi propósito que permite medir tensão e corrente continua e alternada, resistências e testar continuidade em circuitos.

Solda estanho: A solda estanho é utilizada para soldar componentes eletrônicos em uma placa de circuito impresso.; Pode-se também utilizar a solda estanho para melhorar os terminais de um fio desencapado ou para consolidar uma emenda entre dois fios.; O sugador de solda é utilizado para remover o estanho quando um componente ou a solda precisar ser retirado de uma placa de circuito.

Procedimentos práticos com multímetro

Medir a tensão em uma pilha AA, em duas pilhas em série e em quatro pilhas em série;
Medir a tensão em uma pilha 9V;
Testar a continuidade de fios;
Medir resistências;
Medir resistências em série (verifique o valor de cada resistência e compare com a resistência série);
Medir resistências em paralelo (verifique o valor de cada resistência e compare com a resistência paralelo);
Medir a resistência variável no terminal central de um potenciômetro.

Montagens Eletrônicas

Matriz de Contatos: Placa utilizada para realizar a conexão de componentes eletrônicos de um circuito para prototipação rápida e testes.

Conexão de um Led: Montagem na matriz de contatos de um circuito com uma bateria para alimentar um led e um resistor.

Cálculo da resistência de proteção do led

Fonte: 9V
Tensão sobre led: 2V
Tensão sobre resistor: 9 – 2 = 7V
Corrente no led: 15mA
Lei de Ohm:

R = V / I
R = 7 / 15m
R ≈ 470  Ω (valor comercial)

Laboratório: Montagem de três leds em paralelo e em série

Montar em uma matriz de contatos três leds (vermelho, amarelo e verde) em série, acionados por uma bateria de 9V. Os leds em série devem ser protegido por um resistor de 220 Ω.
Montar em uma matriz de contatos três leds (vermelho, amarelo e verde) em paralelo, acionados por uma bateria de 9V. Cada led deve ser protegido por um resistor de 470 Ω.
Verifique em cada caso o valor da corrente elétrica que vai circular em cada led.

Laboratório: Montagem de mini maquete

Montar uma mini maquete de uma rua ou casa iluminada com leds.

Utilizar papelão ou outros materiais para construir a maquete.
Utilizar fios, leds, resistores e chave liga-desliga e a bateria 9V, soldados e acoplados na maquete.

Evandro.cantu (discussão) 08h25min de 1 de junho de 2023 (-03)

@@ Linha 2: / Linha 2: @@
 ==Corrente Contínua e Corrente Alternada==
-===Corrente Contínua (CC)===
+===Corrente Contínua===
-É caracterizada pelo fluxo contínuo da corrente elétrica em um condutor, sempre na mesma direção.
+É caracterizada pelo '''fluxo contínuo''' da '''corrente elétrica''' em um '''condutor''', sempre na mesma direção.
 Exemplos:
 *'''Pilha AA''': 1,5 V
 *'''Carregador USB''': 5 V
+*'''Pilha 9V''': 9 V
 *'''Bateria de um carro''': 12 V
@@ Linha 19: / Linha 20: @@
 Exemplos:
-;Baixa Tensão: Distribuição residencial COPEL
+;Baixa Tensão: '''Distribuição residencial COPEL'''
 *Monofásica: 127V (fase - neutro)
 *Bifásica: 220V (fase - fase)
-;Média Tensão: Distribuição Urbana
-*Trifásica: 3,8kV
+[[Arquivo:Tomada.jpeg|300px]]
-;Alta Tensão: Transmissão de Energia
+;Média Tensão: '''Distribuição Urbana'''
+*Trifásica: 13,8kV
+;Alta Tensão: '''Transmissão de Energia'''
 *Trifásica: 69kV a 500KV
 </font><font color="red">'''RISCO DE CHOQUE ELÉTRICO!!!'''</font>
+</font><font color="orange">'''Cuitado com a ligação incorreta de equipamentos!!!'''</font>
 ==Circuito elétrico==
@@ Linha 36: / Linha 42: @@
 *'''Resistência elétrica''': Unidade '''Ohms (&Omega;)'''.
-;Circuito elétrico elementar
+;Circuito elétrico elementar:
 [[Arquivo:Circuito.png]]
-==Lei de Ohm==
+;Lei de Ohm: Estabelece a relação entre '''tensão''', '''corrente''' e '''resistência''' elétrica.
-Estabelece a relação entre '''tensão''', '''corrente''' e '''resistência''' elétrica.
   V = R . I
-ou
+:ou
   R = V / I
   I = V / R
-==Leis de Kirchhoff==
+;Potência elétrica: A '''potência elétrica''' indica a quantidade de energia utilizada em um dado tempo em um circuito. Unidade '''Watts (W)'''.
-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'''.
+ 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>
-[[Arquivo:LeiDasMalhas.png]]
+;Energia elétrica: A '''energia elétrica''' é a potência elétrica demandada por uma carga durante uma unidade de tempo.
- -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.
-ou isolando V:
+:As concessionárias de energia normalmente medem a energia elétrica em '''kWh'''. No caso, o consumo de 1 kWh significa que a carga com potência de 1 kW ligada durante 1 hora.
- V = R<sub>1</sub>I + R<sub>2</sub>I + R<sub>3</sub>I
-;Lei de Kirchhoff dos Nós: A '''soma das correntes''' que entram em um '''nó''' é igual a soma das correntes que saem.
+===</font><font color="orange">Exercícios</font>===
-[[Arquivo:LeiDosNos.png]]
+#Determine a '''corrente elétrica''' que flui por um '''resistor''' de 1 kΩ quando ele é submetido a uma '''tensão''' de 5 V.
- I<sub>1</sub> + I<sub>2</sub> = I<sub>3</sub>
+#Suponha que um '''chuveiro elétrico''' tenha '''potência''' de 7.000 W e será alimentado por '''tensão''' de 220 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?
-ou
+#Se chuveiro acima fosse para '''tensão''' de 127 V, qual seria o valor da corrente elétrica.
- I<sub>1</sub> + I<sub>2</sub> - I<sub>3</sub> = 0
+#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.
-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'''.
+==Resistores==
-==Potência elétrica==
+'''Resistores''' são dispositivos que se opõe a passagem de corrente elétrica. Uma das características dos '''resistores''' é transformar '''energia elétrica''' em '''energia térmica''' por meio do '''efeito Joule'''. Em '''circuitos eletrônicos''' são também utilizados para '''limitar a corrente elétrica''' em um trecho do circuito.
-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
+A '''resistência elétrica''' de um resistor é medida em '''Ohms (&Omega;)'''.
+===Código de cores de resistores===
+[[Arquivo:codigo_de_cores.png | 600px]]
+A primeira e segunda faixa indicam a '''magnitude''' da resistência, com dois dígitos. A terceira faixa é o parâmetro '''multiplicador''' que deve ser multiplicado pela magnitude para obter o valor da resistência em Ohms (&Omega;). A quarta faixa indica a '''tolerância''', normalmente Dourada (5%) ou Prata (%10).
+No exemplo, as faixas vermelho e violeta indicam magnitude 27 e a faixa marrom indica multiplicador 1, resultando num resistor de 27 &Omega; e tolerância de 5% (pode variar entre 25,7 e 28,3).
+===Associação em série de resistores===
+Num circuito com resistores associados em série a corrente elétrica circula pelos resistores em sequência, portanto, a resistência equivalente é a soma das resistências individuais:
+ R<sub>eq.</sub> = R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub>
+[[Arquivo:AssociacaoSerie.png]]
+===Associação em paralelo de resistores===
+Num circuito com resistores associados em paralelo a corrente elétrica se divide entre os resistores, portanto, a resistência elétrica equivalente é menor que as resistências individuais, e é dada por:
+/R<sub>eq.</sub> = 1/R<sub>1</sub> + 1/R<sub>2</sub>
 ou
-  P = V<sup>2</sup> / R
+  R<sub>eq.</sub> = R<sub>1</sub>.R<sub>2</sub> / (R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub>)
-  P = R . I<sup>2</sup>
+[[Arquivo:AssociacaoParalelo.png]]
+===Potenciômetros===
+São '''resistências variáveis''' através de um cursor.
+:Na figura, através de um '''potenciômetro''' é possível implementar um '''divisor de tensão''' com uma tensão variável V<sub>x</sub> obtida a partir do terminal central do potenciômetro.
+[[Arquivo:Potenciometro.png]] [[Arquivo:potenciometro.jpg|150px]]
+==Medidas Elétricas, Materiais e Ferramentas==
+;Fios condutores e isolantes: Os '''fios elétricos''' são construídos com '''material condutor''' (cobre) e são revestidos com '''material isolante''' (plástico antichama).
+:A '''fita isolante''' é utilizada para isolar emendas de fios e proteger fios e contatos expostos.
+[[Arquivo:FiosEletricos.png|300px]]
+;Ferramentas para trabalhar com eletrônica:
+* '''Alicate de bico''': Dobrar e torcer fios;
+* '''Alicate de corte''': Cortar e desencapar fios;
+* '''Chaves de fenda e chaves philips''';
+* '''Alicate Universal''': Uso geral.
+;Multímetro: Aperelho multi propósito que permite medir '''tensão''' e '''corrente''' continua e alternada, '''resistências''' e '''testar continuidade''' em circuitos.
+[[Arquivo:multimetro.jpeg]]
+;Solda estanho: A '''solda estanho''' é utilizada para soldar '''componentes eletrônicos''' em uma '''placa de circuito impresso'''.
+:Pode-se também utilizar a solda estanho para melhorar os terminais de um fio desencapado ou para consolidar uma emenda entre dois fios.
+:O '''sugador de solda''' é utilizado para remover o estanho quando um componente ou a solda precisar ser retirado de uma placa de circuito.
+[[Arquivo:ferro_solda.jpeg|300px]] [[Arquivo:sugador_solda.jpeg|200px]]
+===</font><font color="orange">Procedimentos práticos com multímetro</font>===
+# Medir a tensão em uma pilha AA, em duas pilhas em série e em quatro pilhas em série;
+# Medir a tensão em uma pilha 9V;
+# Testar a continuidade de fios;
+# Medir resistências;
+# Medir resistências em série (verifique o valor de cada resistência e compare com a resistência série);
+# Medir resistências em paralelo (verifique o valor de cada resistência e compare com a resistência paralelo);
+# Medir a resistência variável no terminal central de um potenciômetro.
+==Montagens Eletrônicas==
+;Matriz de Contatos: Placa utilizada para realizar a conexão de '''componentes eletrônicos''' de um circuito para prototipação rápida e testes.
+[[Arquivo:Matriz_de_Contatos.png|400px]]
+;Conexão de um Led: Montagem na '''matriz de contatos''' de um circuito com uma '''bateria''' para alimentar um '''led''' e um '''resistor'''.
+[[Arquivo:conexao_led.png|600px]]
+;Cálculo da resistência de proteção do led:
+[[Arquivo:CircuitoLed_9V.png]]
+* Fonte: 9V
+* Tensão sobre led: 2V
+* Tensão sobre resistor: 9 – 2 = 7V
+* Corrente no led: 15mA
+* Lei de Ohm:
+ R = V / I
+  R = 7 / 15m
+ R ≈ 470  Ω (valor comercial)
+===</font><font color="orange">Laboratório: Montagem de três leds em paralelo e em série</font>===
+* Montar em uma '''matriz de contatos''' três '''leds''' (vermelho, amarelo e verde) em '''série''', acionados por uma '''bateria de 9V'''. Os leds em série devem ser protegido por um '''resistor''' de  220 Ω.
+* Montar em uma '''matriz de contatos''' três '''leds''' (vermelho, amarelo e verde) em '''paralelo''', acionados por uma '''bateria de 9V'''. Cada led deve ser protegido por um '''resistor''' de  470 Ω.
+*Verifique em cada caso o valor da '''corrente elétrica''' que vai circular em cada '''led'''.
-==Energia elétrica==
+===</font><font color="orange">Laboratório: Montagem de mini maquete</font>===
-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).
+Montar uma '''mini maquete''' de uma rua ou casa iluminada com leds.
-J = 1 W . s
+* Utilizar papelão ou outros materiais para construir a maquete.
-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.
+* Utilizar fios, leds, resistores e chave liga-desliga e a bateria 9V, soldados e acoplados na maquete.
-==Exercícios==
+[[Arquivo:maquete.jpeg]]
-#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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@@ Linha 97: / Linha 177: @@
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-[[Categoria:Eletrônica]] [[Categoria:Eletrotécnica]]
+[[Categoria:Eletrônica]] [[Categoria:LabMaker]] [[Categoria:Energia Eletrica]]

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