Este documento fornece informações sobre conceitos básicos de circuitos elétricos e fotônica, incluindo carga elétrica, corrente elétrica, tensão elétrica, potência elétrica e energia. O documento também discute a medição destas grandezas e fornece exemplos de cálculos envolvendo corrente, tensão e potência.

1. Aviso de Copyright
A informação mostrada nas apresentaçoes tem sido disponibilizada
gentilmente pela professora Denise Consonni no site
https://sites.google.com/site/circuitosfotonica/
Prof. Diego Paolo Ferruzzo Correa

2. ESTO001-13
Circuitos Elétricos
e Fotônica
Corrente, Tensão,
Potência e Energia
2
2016.1

3. Carga Elétrica
Características da carga elétrica:
• A carga é bipolar, ou seja, ela pode ser negativa ou positiva.
Forças de Atração (cargas opostas) e Repulsão (cargas iguais)
• A carga é quantizada: existe em quantidades discretas, que são
múltiplos inteiros da carga do elétron: 1,602x10-19C.
• Princípio da Conservação da carga elétrica (neutralidade de carga)
• Carga Móvel ou Fixa
• Materiais: Condutores, Semicondutores e Isolantes
• Efeitos elétricos são atribuídos tanto à separação entre cargas
(tensão), quanto a cargas em movimento (corrente).
+
3
-

4. 4
Corrente Elétrica
O deslocamento de cargas através de uma superfície (p. ex. seção
transversal de um condutor) constitui uma corrente elétrica.
A corrente média através da superfície é dada por:
A corrente instantânea (t  0) através da superfície é dada por:
m
q(t)
i = (A) (ampéres)
t


dq(t)
i(t) = (A) (ampéres)
dt

5. 5
Natureza da Corrente Elétrica
http://br.geocities.com/saladefisica
condução
convecção
difusão
deslocamento

6. 6
Cálculo de Corrente Elétrica
+ Q1
Sentido de Referência
+ Q2 - Q3

7. 7
Medida de Corrente Elétrica
A corrente através de um condutor pode ser medida através de um
amperímetro. O amperímetro ideal não perturba a operação do
circuito e fornece indicações positivas ou negativas do valor de
corrente.
A flecha da corrente elétrica
(sentido de referência)
indica apenas como deve
ser feita a conexão do
amperímetro.
– 3 A 3 A
A A

8. 8
Tensão Elétrica
i
B i
E R
i

9. 9
d w(t) = v(t) dq(t)
d w(t)  energia ( trabalho ) necessária para separar
cargas positivas de cargas negativas ( J )
dq(t)  quantidade de carga a ser separada ( C )
v(t)  tensão elétrica ( V ) (volts)

10. 10
Natureza da Tensão Elétrica
ação química
magnetismo
atrito
fotoeletricidade
termoeletricidade
piezoeletricidade

11. 11
Tensão Elétrica
Q
E
Q Q
d v = 0 v = Ed
v = -Ed
v = +Ed
Q Q
Q
Q
Q

12. 12
Medidas deTensão
Os voltímetros ideais não
alteram o comportamento
do circuito (circuito aberto)
e fornecem indicações do
valor de tensão, que
podem ser positivos ou
negativos
A flecha de tensão corresponde
a regra para ligar o voltímetro
ao circuito
Referência de Potencial (terra)
B
A
A
vA
vAB = vA - vB

13. 13
Bipolo Elétrico
Dispositivo elétrico com dois terminais acessíveis,
através do qual pode circular uma corrente elétrica.
i A
v
i’
B

14. 14
Bipolos Elétricos

15. 15
Circuito elétrico: composto por
componentes elétricos (baterias,
resistores, capacitores, chaves,
fusíveis, etc...). Transforma energia
elétrica em outras formas de
energia.
Circuito eletrônico: alimentado por
eletricidade e composto por
componentes elétricos e eletrônicos
(transistores, diodos, válvulas, CIs), e
tem a capacidade de controlar o fluxo
de elétrons através da eletricidade ou
magnetismo (processamento de
informação).

16. 16
Geradores de Tensão e de Corrente
Tensão conhecida
Corrente  depende do
circuito externo
Corrente conhecida
Tensão  depende do
circuito externo

17. 17
Potência Elétrica e Energia num Bipolo
p = v . i (watts)
Se w for medido em joules e t em segundos, a potência resulta em watts (W).

18. 18
Potência Elétrica num Bipolo
Para saber se a potência é recebida (absorvida) ou fornecida
(gerada) pelo bipolo é necessário fixar convenções.
Se Se
(cálculo da potência gerada) (cálculo da potência recebida)

19. 19
Potência instantânea e Potência média
Potência instantânea: p(t) = v(t). i(t) varia com o tempo
Potência média:
Quando a corrente e a tensão são
funções periódicas (período =T) :

20. 20
Energia num Bipolo
A energia recebida ou fornecida por um bipolo num intervalo [t0, t] é:
(J) (joules)
Na prática, a energia é medida em quilowatts-hora (kWh).
1 kWh = 3,6.106 joules

21. 21
T tera 1012
G giga 109
M mega 106
k quilo 103
m mili 10-3

micro 10-6
n nano 10-9
p pico 10-12
f femto 10-15
Multiplicadores

22. 22
Questões
1- 1x1016 elétrons atravessam de cima para baixo a seção transversal do fio
metálico da figura em 1s. Quais são os valores das correntes i1 e i2 ?
2- Uma bateria de 15V requer uma corrente de 100mA durante 3 horas para
ser carregada. Qual é a energia armazenada na bateria carregada ?
3- Um laser gera pulsos de 1mJ com duração de 75fs. Qual é a potência
instantânea máxima do laser ? Sabendo-se que são gerados 100 pulsos por
segundo, qual é a potência média do laser?
4- Qual é a potência absorvida (recebida) pelo bipolo da figura ? E qual é a
potência gerada (fornecida) pelo mesmo bipolo?
i1
i2
3A
-10 V
Resp.: i1= - 1,602mA; i2= 1,602mA
Resp.: 16.200J
Resp.: p= 1,33.1010W; P= 0,1W
Resp.: -30W; 30W