Eletricidade Basica

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 nó 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.

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

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