Circuitos de corrente continua

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Circuitos de corrente continua

  1. 1. Circuitos de Corrente Contínua „„ Conceitos básicos de eletricidade „„ Fundamentos de Eletrostática „„ Potencial, Diferença de Potencial, Corrente „„ Tipos de Materiais „„ Circuito Elétrico „„ Resistores Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 1
  2. 2. Circuitos de Corrente Contínua „„ Lei de Ohm „„ Potência e Energia Elétrica „„ Circuitos Série „„ Circuitos Paralelo Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 2
  3. 3. Conceitos Básicos Eletricidade Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 3 Eletrostática Eletrostática Eletrodinâmica Eletrodinâmica Cargas elétricas em repouso em um corpo Movimento dos elétrons livres de um átomo para outro
  4. 4. Fundamentos da Eletrostática Em estado natural, qualquer porção de matéria é eletricamente neutra EQUILÍBRIO ESTÁTICO EQUILÍBRIO ESTÁTICO Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 4
  5. 5. Fundamentos da EletrostáticaPOSITIVA: Quando o corpo perde elétrons Eletrização Eletrização Como um corpo se eletriza? Como um corpo se eletriza? Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 5 NEGATIVA: Quando o corpo ganha elétrons Processo pelo qual altera-se a condição de equilíbrio estático ¾Por indução ¾Por atrito ¾Por contato
  6. 6. Fundamentos da Eletrostática Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 6 ATRAÇÃO ATRAÇÃO Cargas de sinais opostos Cargas de sinais opostos +–
  7. 7. Fundamentos da Eletrostática Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 7 REPULSÃO REPULSÃO Cargas de sinais iguais Cargas de sinais iguais ++––
  8. 8. Descarga Elétrica Os elétrons em excesso de um corpo são atraídos para outro corpo que tenha falta de elétrons, quando estes se tocam, causando uma DESCARGA POR CONTATO. Se a diferença de carga for grande, a transferência das cargas pode ocorrer pelo ar, formando um arco. Exemplo: raios em uma tempestade. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 8
  9. 9. Potencial Elétrico Um corpo com uma intensa eletrização tem maior Energia Potencial, ou maior POTENCIAL ELÉTRICO que outro que tenha fraca eletrização, podendo portanto realizar mais trabalho. Quantidade de carga elétrica de um corpo (Q) = Nº de Prótons –Nº de Elétrons Carga de 1 elétron: Q(1e-) = 1,6 x 10-19Coulomb Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 9
  10. 10. Diferença de Potencial Também conhecida como ddpou TENSÃO é a comparação entre os potenciais elétricos de 2 corpos, que podem ter cargas iguais ou diferentes. Exemplos: – – – – ddp––– – – – – – –+ + + + + + – ddp+ neutro+– + – + – ++ + + + + + – – – – – – ddp+ – + + + + + + ddp+ + + + + + + Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 1 0
  11. 11. Tensão Elétrica ¾Grandeza gerada a partir do desequilíbrio de potencial entre 2 pontos, conhecidos como Pólos ¾Símbolo: letra “ V ” ¾Por se tratar de uma grandeza elétrica, pode ser medida e a unidade de medida é “ Volt ” ¾Por ação térmica ¾Por ação da luz ¾Por ação mecânica ¾Por ação magnética ¾Por ação química Como pode-se gerar tensão? Como pode-se gerar tensão? Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 11
  12. 12. Bateria Neste arranjo ocorre uma reação química, onde o eletrólito (ácido) faz com que os átomos do zinco fiquem com excesso de elétrons, e os de cobre com a falta de elétrons, causando um desequilíbrio elétrico. Por ter polaridade fixa, é uma FONTE DE TENSÃO CONTÍNUA. cobrezinco+ + + – – – +– eletrólitoou solução iônica Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 12
  13. 13. Corrente Elétrica ¾É o fundamento da ELETRODINÂMICA ¾Consiste em um movimento orientado de cargas, provocado pelo desequilíbrio elétrico (tensão elétrica). É a forma pela qual os corpos tentam restabelecer o equilíbrio elétrico. ¾Símbolo: letra “ I ” ¾Por se tratar de uma grandeza elétrica, pode ser medida e a unidade de medida é: Ampère[A] = Coulomb/segundos Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 13
  14. 14. Sentido da Corrente Elétrica ¾O sentido do movimento real de cargas é do terminal negativo da fonte (ponto de menor potencial) para o terminal positivo da fonte (ponto de maior potencial), conforme esquema: +– elétrons Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 14
  15. 15. Sentido da Corrente Elétrica ¾O sentido do movimento convencional de cargas é o contrário do movimento real, ou seja, do terminal positivo ao terminal negativo da fonte, passando pela carga. +– elétrons Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 15
  16. 16. Sentido da Corrente Elétrica ¾O sentido do movimento convencional de cargas é o contrário do movimento real, ou seja, do terminal positivo ao terminal negativo da fonte, passando pela carga. +– corrente convencional Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 16
  17. 17. Tipos de Materiais Elétricos Isolantes Isolantes Possuem elétrons fortemente ligados ao núcleo de seus átomos, dificultando sua movimentação e oferecendo alta resistência à circulação de corrente. Ex: plástico, teflon, borracha, etc. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 17
  18. 18. Tipos de Materiais Elétricos Condutores Condutores Possuem elétrons fracamente ligados ao núcleo de seus átomos, o que facilita sua movimentação e oferece baixa resistência à circulação de corrente. Ex: cobre, prata, ouro, alumínio, etc. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 18
  19. 19. Circuito Elétrico ¾É o caminho fechado por onde circula a CORRENTE ELÉTRICA ¾Caso o movimento das cargas elétricas seja sempre no mesmo sentido, o circuito elétrico é chamado de CIRCUITO DE CORRENTE CONTÍNUA (CC ou DC) Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 19
  20. 20. Circuito Elétrico ¾É constituído basicamente de 4 partes: 1.Fonte de Tensão: bateria, gerador 2.Condutores: fios, trilhas (baixa resistência) 3.Carga: dispositivo que utiliza a energia elétrica 4.Dispositivo de controle: chave, fusível, disjuntor Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 20
  21. 21. Circuito Elétrico ¾Exemplo de Desenho Esquemático: Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 21
  22. 22. O Símbolo do Terra ¾Indica um ponto comum onde algumas das partes constituintes do circuito estão ligadas. Exemplo: Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 22
  23. 23. Resistência (Resistor) ¾É um componente dos circuitos elétricos que representa uma oposição ao fluxo de corrente ¾Caso tenha valor conhecido e bem definido é chamado de Resistor Fixo. Símbolo: ¾Também pode ser de valor ajustável, sendo chamado de Potenciômetro ou Reostato. Símbolo: ¾Unidade no S.I. : Ohm [Ω] Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 23
  24. 24. Lei de Ohm ¾A corrente em um circuito resistivo é igual à relação tensão/correnteIRVRVI.=⇒= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 24
  25. 25. Lei de Ohm Exemplo: Calcular a corrente do circuito resistivo abaixo. V= 20V+ – R= 5Ω RVI= 4520 AVI= Ω=⇒ Solução: Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 25
  26. 26. Lei de Ohm Exemplo: Calcular a resistência de filamento de uma lâmpada que é ligada em um circuito de corrente contínua conforme esquema: V= 120V+ –I= 2AΩ==⇒602120AVRIVRRVI=⇒= Solução: Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 26
  27. 27. Potência Elétrica ¾É a medida da energia elétrica transferida da fonte de alimentação para a carga, por unidade de tempo. ¾É equivalente ao trabalho realizado pela energia potencial da fonte de alimentação dentro de um intervalo de tempo. ¾Símbolo: letra “ P ” ¾Por se tratar de grandeza elétrica, pode ser medida e a unidade de medida no Sistema Internacional é: Watt [W] = Joule/segundos Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 27
  28. 28. Potência Elétrica Expressão para o cálculo da potência CC . IVP= Usando-se a Lei de Ohm, a expressão para o cáclulo da potência CC pode ser reescrita como: 2. )..( IRPIIRP=⇒= )( 2RVPRVRP=⇒= ou Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 28
  29. 29. Potência Elétrica Exemplo: Calcular a potência elétrica consumida por um resistor de 100Ω que está sendo percorrido por uma corrente de 200mA. V+ – R = 100Ω200 mA 4 )20,0( 100 2WxP==⇒ . 2IRP= Solução: Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 29
  30. 30. Potência Elétrica Exemplo: Considere um circuito resistivo onde o gerador fornece 20A de corrente, com uma tensão CC de 240V. Qual é a potência consumida pelo circuito? V = 240V+ – 20 Acarga resistiva Solução: 8,4 4800 20 240 kWWxP===⇒ . IVP= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 30
  31. 31. Energia Elétrica ¾Como a Potência Elétrica é a energia (fornecida ou consumida) por unidade de tempo, pode-se calcular a Energia Elétrica (w) a partir da potência e do tempo. ¾A unidade de energia no Sistema Internacional é “ Joule ”: g][Watt].[se [J] . =⇒=⇒=tPwtwP Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 31
  32. 32. Energia Elétrica ¾Em eletricidade, por conta da ordem de grandeza da energia medida, usa-se: .[hora][kiloWatt] ][ . =⇒=wtPw ¾Ou seja, usa-se a unidade conhecida como KiloWatt-Hora (kWh) para medidas de Energia Elétrica. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 32
  33. 33. Energia Elétrica Exemplo: Considere uma lâmpada incandescente de 60W ligada em um circuito CC, alimentada por uma tensão de 120V. Calcule a resistência elétrica da lâmpada, a corrente que percorre o circuito e a energia consumida pela lâmpada caso ela fique ligada durante 24h. V= 120V+ –IP = 60W Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 33
  34. 34. Energia ElétricaV= 120V+ –IP = 60W Solução: ¾Pela expressão da potência, pode-se calcular a resistência de filamento da lâmpada: Ω=⇒=⇒=⇒=240 60120 222RRPVRRVP Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 34
  35. 35. Energia ElétricaV= 120V+ –IP = 60W Solução: ¾Pela Lei de Ohm, pode-se calcular a corrente que percorre o circuito: AIIRVI5,0 240120 =⇒=⇒= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 35
  36. 36. Energia ElétricaV= 120V+ –IP = 60W Solução: ¾Pela expressão da energia, pode-se calcular o consumo: kWhwxwtPw 44,1 24 060,0 . =⇒=⇒= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 36
  37. 37. Circuito Série ¾Um circuito série é aquele que permite somente um percurso para a passagem da corrente ¾A corrente “ I ” é a mesma em todos os pontos do circuito R3V+ – R1IR2III Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 37
  38. 38. Circuito Série ¾A resistência total é a soma das resistências do circuito (associação-série): 321RRRRT++= V+ – R1IR2IIIR3 ¾A tensão total é a soma das tensões nos terminais dos resistores em série: 321VVVV++= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 38
  39. 39. Circuito Série+ – R1R2R3IVII+– –+ 1V 2V 3V+ – A tensão nos terminais de carga de cada resistor é calculada pela Lei de Ohm: . 11IRV= . 22IRV= . 33IRV= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 39
  40. 40. Circuito Série+ – R1R2R3IVII+– –+ 1V 2V 3V+ – POLARIDADES: As quedas de tensão nos terminais de cada resistor têm as polaridades definidas pelo sentido da corrente convencional, que circula do terminal de maior potencial (+) para o de menor potencial (–) na carga. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 40
  41. 41. Circuito Série+ – R1R2R3IVII+– –+ 1V 2V 3V+ – POTÊNCIA: A potência total fornecida pela fonte de alimentação é igual à soma das potências consumidas pelos resistores de carga: ).( . 321321IVVVIVPPPPT++==++= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 41
  42. 42. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 42
  43. 43. Circuito Série -exemplo a)A resistência equivalente, b)A corrente, c)A potência em cada resistor e a potência total, d)As quedas de tensão em cada resistor. Considere o circuito em série com 3 resistores da figura ao lado e calcule: Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 43
  44. 44. Circuito Série -exemplo a) Resistência equivalente: 227105 321Ω=++=++=RRRRT b) Corrente: 522110 AIRVIT=⇒== c) Potência em cada resistor: 2505 10. 2222WxIRP=== 1255 5. 2211WxIRP=== 1755 7. 2233WxIRP=== Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 44
  45. 45. Circuito Série -exemplo c) Potência total: W550 5 22. 22===xIRPTT W 55022110 22=⇒==TTTPRVP ou d) Quedas de tensão em cada resistor: V 255 5. 11===xIRV V 505 10. 22===xIRV V 355 7. 33===xIRV Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 45
  46. 46. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 46
  47. 47. Circuito Série -exemplo Calcule as resistências R1e R2do divisor resistivo apresentado na figura abaixo, para que a tensão no ponto entre elas seja +5V em relação ao terra do circuito. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 47
  48. 48. Circuito Série -exemplo Solução: 701,05125 11Ω= − =⇒ − =RRVIT 501,05 2222Ω===⇒= IVRRVI Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 48
  49. 49. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 49
  50. 50. Circuito Paralelo ¾Um circuito CC paralelo é aquele no qual a corrente fornecida pela fonte de alimentação é dividida em dois ou mais ramos (malhas), podendo assumir diferentes valores ou valores iguais, dependendo da resistência oferecida pela malha do circuito. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 50
  51. 51. Circuito Paralelo ¾Neste exemplo, a tensões nos terminais dos resistores de carga em paralelo são iguais: 321VVVV=== Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 51
  52. 52. Circuito Paralelo ¾E soma das correntes nos diferentes ramos é igual à corrente total fornecida pela fonte de alimentação: 321IIIIT++= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 52
  53. 53. Circuito Paralelo ¾Se as resistências forem iguais, as correntes I1, I2e I3também serão iguais; Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 53
  54. 54. Circuito Paralelo ¾Se as resistências tiverem valores diferentes, as correntes também são diferentes e podem ser calculadas pela Lei de Ohm, a partir da tensão da fonte (V) e dos valores das resistências: 33RVI= 22RVI= 11RVI= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 54
  55. 55. Circuito Paralelo POTÊNCIA: A potência total fornecida pela fonte de alimentação é igual à soma das potências consumidas pelos resistores de carga, como no circuito série: ).( . 321321VIIIVIPPPPTT++==++= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 55
  56. 56. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 56
  57. 57. Circuito Paralelo -exemplo Considere uma cozinha com alimentação em CC e diversos aparelhos conectados às tomadas conforme a figura. Calcule as correntes elétricas em cada aparelho, a potência que o circuito deve suportar e o consumo caso todas as cargas sejam ligadas simultaneamente durante 2h. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 57
  58. 58. Circuito Paralelo -exemplo ¾Primeiramente, esquematiza-se o circuito conforme a figura abaixo, onde é possível observar as 3 cargas resistivas ligadas em paralelo: Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 58
  59. 59. Circuito Paralelo -exemplo Solução: ¾Aplicando-se a Lei de Ohm, calculam-se as correntes nos ramos do circuito: ARVI815120 11===ARVI815120 22===ARVI1012120 33=== Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 59
  60. 60. Circuito Paralelo -exemplo Solução: ¾A potência que o circuito deve suportar é a soma das potências de cada aparelho: W3120120).1088().( 321321=++=++=++=VIIIPPPPT Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 60
  61. 61. Circuito Paralelo -exemplo Solução: ¾Caso todos os aparelhos fiquem ligados durante 2h, juntos irão consumir energia elétrica equivalente a: kWhwxwtPw 24,6 2 120,3 . =⇒=⇒= Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 61
  62. 62. Circuito Paralelo ¾A resistência total em um circuito paralelo (associação-paralelo) pode ser calculada pela expressão: nTRRRRR1 ... 1111 321++++= considerando-se n resistências associadas em paralelo. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 62
  63. 63. Circuito Paralelo -exemplo Para o mesmo circuito do exemplo anterior, recalcule a corrente total, utilizando a expressão da resistência equivalente em paralelo. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 63
  64. 64. Circuito Paralelo -exemplo Solução: 1211511511 1111 321++=⇒++= TTRRRRRΩ=⇒=⇒615,4 180391 TTRRARVITT264,615120 === Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 64
  65. 65. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 65
  66. 66. Circuito Paralelo Exemplo: Calcule as correntes I1e I2nos ramos do circuito paralelo da figura abaixo, para os valores fornecidos de corrente total e resistência. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 66
  67. 67. Circuito Paralelo Solução: Calcula-se a resistência equivalente, a tensão de alimentação e, em seguida, as correntes I1e I2: 2 61311 111 21Ω=⇒+=⇒+=TTTRRRRR Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 67
  68. 68. Circuito Paralelo Solução: Calcula-se a resistência equivalente, a tensão de alimentação e, em seguida, as correntes I1e I2:      === === ⇒===⇒Ω= ARVIARVIVxIRVRT663612336 36 18 2. 2 2211 Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 68
  69. 69. Uso Racional de Energia no Meio Rural –– FCA/2004 69

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