Aula 3 - Eletricidade e Eletrônica - Quantização de cargas

861 visualizações

Publicada em

Aula 3 - Eletricidade e Eletrônica - Quantização de cargas

Publicada em: Educação
1 comentário
2 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Fascinante. Quanto mais estudo mas fico Admirado.
       Responder 
    Tem certeza que deseja  Sim  Não
    Insira sua mensagem aqui
Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
861
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
3
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
74
Comentários
1
Gostaram
2
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Aula 3 - Eletricidade e Eletrônica - Quantização de cargas

  1. 1. Eletricidade e Eletrônica
  2. 2. Prof. Guilherme Nonino Rosa -Técnico em Informática pela ETESP –Escola Técnica de São Paulo -Graduado em Ciências da Computação pela Unifran– Universidade de Franca no ano de 2000. -Licenciado em Informática pela Fatec –Faculdade de Tecnologia de Franca no ano de 2011. -Pós-Graduado em Tecnologia da Informação aplicada aos Negócios pela Unip-Universidade Paulista no ano de 2012. -Pós-Graduando em Docência no Ensino Superior pelo Centro Universitário Senac.
  3. 3. Atuação: -Docente da Faculdade Anhanguera desde Fevereiro / 2013 -Docente do Senac –Ribeirão Preto desde fevereiro/2012. -Docente do Centro de Educação Tecnológica Paula Souza, na Etec Prof. José Ignácio de Azevedo Filho e Etec Prof. Alcídio de Souza Prado desde fevereiro/2010.
  4. 4. Contatos: Prof. Guilherme Nonino Rosa guinonino@gmail.com guilhermerosa@aedu.com http://guilhermenonino.blogspot.com
  5. 5. PEA –Plano de Ensino e Aprendizagem
  6. 6. PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM
  7. 7. EMENTA •Eletrização e cargas elétricas. •Quantização de cargas. •Campo, potencial e diferença de potencial. •Corrente elétrica. •Componentes elétricos básicos: capacitor, resistor e indutor. •Carga e descarga de um capacitor -circuito RC. •Dispositivos semicondutores: diodos e transistores.
  8. 8. Objetivos Conhecer os conceitos básicos de eletricidade e eletrônica, seus componentes básicos: capacitor, resistor, indutor, diodos e transistores.
  9. 9. Procedimentos Metodológicos •Aula expositiva •Exercício em classe •Aula prática.
  10. 10. Sistema de Avaliação 1°Avaliação -PESO 4,0 Atividades Avaliativas a Critério do Professor Práticas: 03 Teóricas: 07 Total: 10 2°Avaliação -PESO 6,0 Prova Escrita Oficial Práticas: 03 Teóricas: 07 Total: 10
  11. 11. Bibliografia Padrão 1) BOYLESTAD, Robert L.. Introdução à Análise de Circuitos.. 10ª ed. São Paulo: Pearson, 2006.
  12. 12. Bibliografia Básica Unidade Faculdade Anhanguera de Ribeirão Preto (FRP) 1)RAMALHOJR,F.OsFundamentosdaFísica.9ªed.SãoPaulo:Moderna,2007. 2)HALLIDAY,David.Física3.5ªed.RiodeJaneiro:LTC-LivrosTécnicoseCientíficos, 2004.
  13. 13. Semana n°. Tema 1 Apresentação da Disciplina e Metodologia de Trabalho. Conceitos básicos de Eletricidade e Eletrônica. 2 Eletrização e Cargas Elétricas. 3 Quantização de Cargas. 4 Campo, Potencial e Diferença de Potencial. 5 Campo, Potencial e Diferença de Potencial. 6 Corrente Elétrica. 7 Componentes Elétricos Básicos: Capacitor, Resistor e Indutor. 8 Componentes Elétricos Básicos: Capacitor, Resistor e Indutor. Cronograma de Aulas
  14. 14. Semana n°. Tema 9 Atividades de Avaliação. 10 Laboratório -Instrumentação. 11 Laboratório -Instrumentação. 12 Carga e Descarga de um Capacitor -Circuito RC. 13 Circuito RC. 14 Circuito RC. 15 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores. 16 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores. Cronograma de Aulas
  15. 15. Semana n°. Tema 17 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores. 18 Prova Escrita Oficial 19 Exercícios de Revisão. 20 Prova Substitutiva. Cronograma de Aulas
  16. 16. Correções dos exercícios
  17. 17. COMO MEDIR A ENERGIA ELÉTRICA CONSUMIDA POR UM APARELHO ELETRÔNICO? 1)O que queremos saber? Saber a quantidade de energia elétrica que o aparelho transforma em outras energias. Energia térmica Energia mecânica Energia sonora
  18. 18. COMO MEDIR A ENERGIA ELÉTRICA CONSUMIDA POR UM APARELHO ELETRÔNICO? Tempo em que o aparelho permanece ligado e a sua potência, que mede a quantidade de energia elétrica transformada pelo aparelho em unidade de tempo. Ex: Chuveiro de 4400 Watts(W), temos a transformação de 4400 Joules(J) por segundo(s) Portanto temos:
  19. 19. COMO MEDIR A ENERGIA ELÉTRICA CONSUMIDA POR UM APARELHO ELETRÔNICO? Como a quantidade de energia elétrica consumida em nossas residências é muito grande, é comum medi-la em quilowatt-hora(kWh), e não em Joule(J). Assim temos a relação a seguinte relação:
  20. 20. 1)(Fuvest)Nomedidordeenergiaelétricausadonamediçãodoconsumoderesidências,háumdisco,visívelexternamente,quepodegirar.Cadarotaçãocompletadodiscocorrespondeaumconsumodeenergiaelétricade3.6watt- hora.Mantendo-se,emumaresistência,apenasumequipamentoligado, observa-sequeodiscoexecutaumavoltaacada40segundos.Nessecasoapotência“consumida”poresseequipamentoéde,aproximadamente:(Aquantidadedeenergiaelétricade3,6watt-horaédefinidacomoaquelaqueumequipamentode3,6Wconsumiriasepermanecesseligadodurante1hora) a)36W b)90W c)144W d)324W e)1000W P= E/ t Onde E = 3,6 W x 3.600s t = 40 s P = 12960/40 P= 324W
  21. 21. Como calcular o consumo de energia elétrica? 1)Todo equipamento elétrico possui uma potência apresentada em Watts Ex: lâmpada incandescente = 100 W, chuveiro = 3.600 W, geladeira = 200 W, etc 2)Para calcular o consumo de um equipamento multiplique sua potência pelo tempo de funcionamento em horas Ex.: Chuveiro funciona 2 horas por dia logo seu consumo é 3.600 W x 2 horas = 7.200 Wh/dia 3)Desta forma, para calcular o consumo de energia elétrica por mês é só utilizar a expressão: Consumo =Potência do aparelho em Watts x horas de funcionamento por mês 1.000 4)2 lâmpadas de 100 W funcionando 8 horas por dia pelo período de 1 mês (30 dias) Consumo =2 x 100 W x 8 horas/dia x 30 dias 1.000 Consumo = 48 kWh/mês
  22. 22. RESISTÊNCIA ELÉTRICA Resistênciaelétricaéamedidadaoposiçãoàpassagemdacorrenteelétrica. Representaadificuldadedascargassemovimentaremnointeriordeumcondutor.
  23. 23. RESISTÊNCIA ELÉTRICA Unidadedemedidas=Ohm Símbolo=Ω Representaçãonocircuito= Abreviaturaparaessagrandeza=R
  24. 24. Lei de Joule
  25. 25. 1ª LeiDE OHM Estaleirelacionaacorrenteelétricaquepassaporumresistorcomatensãoaplicadanosseusterminais.AcorrenteémedidaemAmpère(A),atensãoemVolt(V)earesistênciaemOhm(Ω). 10Ω V=R*i 1A V = 10*1 V= 10V
  26. 26. 1ª LEI DE OHM V→ é a diferença de potencial (ddp) I→ é a intensidade da corrente elétricaR→ é a resistência elétrica
  27. 27. 1ª LeiDE OHM Portantosetenhoatensãoearesistência,bastadividiramesmapelovalordoresistoresaberemosacorrentequepassaporele.Vejaabaixo:
  28. 28. 1ª Lei DE OHM Experiência de Ohm
  29. 29. 1)(Fatec-SP) Por um resistor faz-se passar uma corrente elétrica i e mede-se a diferença de potencial U. Sua representação gráfica está esquematizada ao lado. A resistência elétrica, em ohms, do resistor é: EXERCÍCIO. a) 0,8 b) 1,25 c) 800 d) 1 250 e) 80 R = 20 /25  R= 0,8
  30. 30. RESISTÊNCIA ELÉTRICA Aresistênciadequalquermaterialdeseçãoretauniformeédeterminadapelosquatrofatoresaseguir: Material Comprimento Áreadaseçãoreta Temperatura.
  31. 31. FIGURA 3.2FATORESQUEAFETAMA RESISTÊNCIADE UM CONDUTOR. slide 31 MATERIAL Condutoresquepermitemumgrandefluxodecargacomumapequenatensãoexternatêmvaloresderesistênciabaixo. Isolantestemvaloreselevadosderesistência.
  32. 32. FIGURA 3.2FATORESQUEAFETAMA RESISTÊNCIADE UM CONDUTOR. slide 32 COMPRIMENTO E ÁREA DA SEÇÃO Maiorocaminhoqueacargapercorre,maiorovalordaresistência. Quantomaioraárea(econsequentementeoespaçodisponível,menoraresistência. Resistênciaédiretamenteproporcionalaocomprimentoeinversamenteproporcionalàáreadaseçãoretadocondutor.
  33. 33. TEMPERATURA Àmedidaqueaumentaatemperaturadamaioriadoscondutores, aumentaomovimentodaspartículasdesuaestruturamolecular, fazendocomqueaumenteadificuldadededeslocamentodosportadoreslivres,oqueaumentaovalordaresistência. FIGURA 3.13(A) CONDUTORES–COEFICIENTEDE TEMPERATURAPOSITIVO; (B) SEMICONDUTORES–COEFICIENTEDE TEMPERATURANEGATIVO.
  34. 34. TEMPERATURA PTC (coeficiente de temperatura positivo) •Aumenta a temperatura –aumenta a resistividade •Ex: Platina, Ouro e Alumínio (condutores). NTC (coeficiente de temperatura negativo) •Aumenta a temperatura –diminui a resistividade Ex:Silício e Germânio (semicondutores); Óxido de Silício (isolante).
  35. 35. 2ª LEI DE OHM ρ=característicadomaterial(resistividade). =comprimentodaamostra(emmetros). A=áreadaseçãodaretadaamostra(emmetros2) R=Resistênciaemohms(Ωm)
  36. 36. RESISTIVIDADE X RESISTÊNCIA Seporexemplo,quisermoscalculararesistênciadeumfiodecobre,com30metrose2mm²desecção,sabendoquearesistividadedocobreéiguala0,0172Ωmm²/m,fazemososeguinte: •R = ? •ρ = 0,0172Ωmm²/m •= 30m •A = 2 O fio de cobre de 30 metros e 2mm² de secção, tem uma resistência de 0,258Ωm.
  37. 37. Resistividade de alguns materiais (a 20°C) Condutores, semicondutores e isoladores
  38. 38. 38 Exemplo:Umcondutordealumíniotem300mdecomprimentoe2mmdediâmetro. Calculeasuaresistênciaelétrica. Dados:Comprimentodofio,L=300m,diâmetrodofio,D=2mm,resistividadedoalumínio2.810-8-m. R=1mm A=R2=3.14(1mm)2=3.14 mm2=3.1410-6 m2 Solução Considerando a resistividade expressa em (m). Nesse caso o comprimento deve estar expresso em m, e a área da seção em m2, portanto substituindo na expressão da resistência resulta:      63.21014.33001075.268AR  
  39. 39. 39 VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE COM A TEMPERATURA É de se esperar, uma vez que com o aumento da temperatura os átomos movem-se mais rapidamente  no aumento de colisões entre os eletróns livres e os átomos Fio frio Fio quente    293 K temperatura de referência 1 0 0 0      T    T T como    0 0 R  R 1 T T   R  A R     o coeficiente de resistividade de temperatura 0  resistividade para  0 T T  A resistividade do cobre em função de T 
  40. 40. Um metal quando aquecido aumenta sua amplitude de vibração dos átomos que o constituem. Esta agitação interfere no deslocamento dos elétrons periféricos ao longo do corpo condutor. Portanto, em função direta da temperatura, há o aumento da resistência elétrica R do condutor metálico. R R  t t 0 0  1 onde: Ro: resistência do condutor medido a 0o C Rt: resistência do condutor na temperatura t o: coeficiente de temperatura do condutor a 0o C COEFICIENTE DE TEMPERATURA
  41. 41. O coeficiente de temperatura dos condutores não é constante com a variação de temperatura, mas varia com ela; o seu valor, à temperatura t, é dado por t t   0 1 1   Coeficiente de temperatura
  42. 42. COEFICIENTE DE TEMPERATURA(OBSERVAÇÕES) Observação1:Paraosmetaispuros,ocoeficientedetemperaturaépróximoa0,0041/273.Deduz-sedissoquearesistênciaelétricadeumcondutoraumentaaproximadamente10% paracada25oCdevariaçãodesuatemperatura. Observação2:Paraosmetaisnãopuros,ligasmetálicasporexemplo,ocoeficientedetemperaturatemvalormenorqueparaosmetaispuros.Paraamanganina(ligade84%deCu,12%deMn,4%deNi)ocoeficientedetemperaturaépraticamentedesprezível(o=0,00001),istoé,manganinaserve,porissoparaaconstruçãodepadrõesderesistência. Observação3:Condutoresnão-metálicos(p.ex.,carbono)apresentamcoeficientesdetemperaturanegativos,ouseja,nelesaresistênciaelétricadiminuicomoaumentodatemperatura.
  43. 43. DETERMINAÇÃO DO VALOR DA TEMPERATURA ATINGIDA POR UMA RESISTÊNCIA DE COBRE)   1 0 0 1 R  R 1 t Resistência de um condutor levado a temperatura t1, conhecido seu valor Ro Resistência de um condutor levado a temperatura t2, conhecido seu valor Ro   2 0 0 2 R  R 1 t     2 0 1 0 0 0 2 0 0 1 2 1 1 1 1 1 t t R t R t R R          Dividindo ambos os membros  das equações, temos que:
  44. 44. 2 1 2 1 2 1 234,5 234,5 234,5 1 1 234,5 1 1 t t t t R R       Substituindo na fórmula o valor do coeficiente de temperatura do cobre a 0o C, o = 0,00426 = 1 / 234,5 donde: 1 2 2 1 234,5 234,5 t t R R    Fórmula p/ obter o valor R2 da resistência de cobre levada a temperatura de regime t2, Conhecido o valor inicial R1 à temperatura ambiente t1 . DETERMINAÇÃO DO VALOR DA TEMPERATURA ATINGIDA POR UMA RESISTÊNCIA DE COBRE)
  45. 45. Além disso: 234,5  234,5 1 1 2 2   t  R R t Com essa fórmula se determina o valor t2 da temperatura atingida por uma resistência de cobre, conhecidos os valores das suas resistências R1 e R2 medidas respectivamente, á temperatura t1 e na temperatura incógnita t2. DETERMINAÇÃO DO VALOR DA TEMPERATURA ATINGIDA POR UMA RESISTÊNCIA DE COBRE)
  46. 46. CONDUTÂNCIA ELÉTRICA • DEFINIÇÃO: O inverso da resistência é denominada CONDUTÂNCIA ELÉTRICA. Esta grandeza representa a maior ou menor facilidade com que a corrente pode circular em um condutor. R G 1  G siemens 1 ohm 1 1 siemens  • UNIDADE: • RELAÇÃO OHM /SIEMENS:
  47. 47. • DEFINIÇÃO: O Valor inverso da RESISTIVIDADE  é denominada CONDUTÂNCIA ESPECÍFICA, ou CONDUTIVIDADE, indicada pela letra  : s l R l s R . 1 1 1      CONDUTÂNCIA ELÉTRICA
  48. 48. RESISTIVIDADE, CONDUTÂNCIA, COEFICIENTES DE TEMPERATURA
  49. 49. COEFICIENTE DE TEMPERATURASUPERCONDUTIVIDADE Assimcomonamaiorpartedosmetaispurosocoeficiente01/273,deduz-seeaexperiênciaoconfirmaqueatemperaturaspróximasaozeroabsoluto(-273,16oC)aresistênciaelétricanosmetaisseanula,ouseja: 011273273111001001            RRtRR

×