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.

Prefixos do Sistema Internacional de Unidades

Muitas unidades utilizadas em eletricidade ou eletrônica são precedidas de Prefixos do Sistema Internacional de Unidades, seja para para indicar um múltiplo ou submúltiplo da unidade.

Exemplos

Eletrotécnica residencial

Geralmente as tensões são da ordem de uma ou duas centenas de Volts (127 V ou 220 V), as correntes na ordem de dezenas de Amperes (Disjuntores entre 5 A e 40 A) e potências até poucos milhares de Watts (lâmpada 15 W, Televisor 100 W, Chuveiro 5000 W).

Eletrônica

Geralmente encontramos tensões na ordem de poucos Volts (3,3 V, 5V ou 12 V), correntes na ordem de mili Amperes (1 mA a 100 mA) e potências até poucos Watts (1 mW a 5 W).

Na eletrônica algumas unidades muito grandes, como a Faraday, assim, usa-se submúltiplos para especificar a maioria dos capacitores utilizados em circuitos eletrônicos, como μF, nF e pF.

Distribuição de Energia Elétrica

Distribuição em baixa tensão (monofásico 127 V ou 220 V ou trifásico 220 V ou 380 V) e alta tensão 13,8 KV.

Geração e transmissão de Energia

Alta tensão (trifásica 138 KV, 230 KV, 440 KV, 500 KV, 750 KV) e alta potência (uma turbina de Itaipu 700 MW; a usina toda 14 GW).

Curiosidade:

Itaipu distribui a energia gerada para o Brasil através das linhas de transmissão de Furnas. São três linhas de transmissão de corrente alternada trifásicas de 750 KV (60 Hz) e duas linhas de corrente contínua ±600 KV.

As linhas de corrente contínua transmitem a energia que foi gerada pelas turbinas paraguaias, que geram energia trifásica na frequência de 50 Hz e são retificadas na subestação de Furnas para serem transmitidas ao Brasil. Em São Paulo a corrente contínua é transformada novamente em alternada, agora em 60 Hz, para ser incorporada ao sistema elétrico brasileiro.

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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