Eletricidade aplicada

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Eletricidade aplicada

  1. 1. Eletricidade Básica JEOVÁ LACERDA CALHAU
  2. 2. UM POUCO DE HISTÓRIA... PIONEIROS DA ELETRICIDADE
  3. 3. ELETROSTÁTICA
  4. 4. Princípios da eletricidade
  5. 5. Elétrons cargas negativas (orbitais) Prótons carga positiva Nêutrons carga neutra (Núcleo) O átomo
  6. 6. Carga Elétrica Quando um corpo possui o mesmo número de prótons e de elétrons, dizemos que ele possui um equilíbrio de cargas e, conseqüentemente, que ele está eletricamente neutro. Dizemos que um corpo está carregado quando há nele um desequilíbrio de cargas (diferente número de prótons e elétrons). Se no corpo há mais prótons do que elétrons, dizemos que este possui uma carga positiva. Se, do contrário, há mais elétrons do que prótons, o corpo possui uma carga negativa.
  7. 7. Unidade de medida de carga elétrica: Coulomb Símbolo: C Carga elétrica fundamental: é a carga de um próton ou de um elétron Seu valor é de e = 1,6 x 10-19 C • Quantização da carga elétrica: Q = n.e n é o número de cargas em excesso ou em falta e é a carga elétrica fundamental Carga Elétrica
  8. 8. Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. Lei das Cargas Elétricas
  9. 9. Processos de eletrização Os principais processos de eletrização são: Eletrização por atrito Eletrização por contato Eletrização por indução
  10. 10. Tipos de materiais Condutores – São materiais que possuem uma grande quantidade de elétrons livres, ou seja, elétrons que podem se mover facilmente. Por isso estes materiais conduzem bem a eletricidade. Os principais exemplos são os metais em geral. Isolantes – São materiais que possuem poucos, ou nenhum, elétron livre. Estes materiais não conduzem bem a eletricidade e podemos citar como exemplos a borracha, o vidro e a cerâmica em geral.
  11. 11. ELET. ESTÁTICA: Raios e Relâmpagos
  12. 12. Lei de Coulomb Sabemos que há entre duas partículas carregadas uma força eletrostática de atração ou repulsão. A Lei de Coulomb nos fornece o módulo desta força, que é dada pela equação 2 21 d qq KF = Onde q1 e q2 são os módulos de cargas das partículas, d é a distância entre elas e K é uma constante que vale K=8,99 x 109 N.m2/C2
  13. 13. Campo elétrico O campo elétrico é usado para medir a influência que uma carga elétrica exerce no espaço ao seu redor. Trata-se de uma grandeza vetorial (que possui módulo, direção e sentido) e é representado pelas linhas de campo. As unidades usadas para campo elétrico são o N/C e o V/m (SI).
  14. 14. Campo elétrico Linhas de campo elétrico - Elas se estendem apontando para fora das cargas positivas e para dentro das cargas negativas. As linhas de campo elétrico obedecem as seguintes regras: - A densidade das linhas de campo elétrico dá uma idéia da intensidade do campo elétrico naquela região. - As linhas de campo nunca se cruzam.
  15. 15. Campo elétrico Cargas com sinais opostos
  16. 16. Campo elétrico Cargas de mesmo sinal
  17. 17. Força e campo elétrico EqF rr 0= Cargas positivas – Força no mesmo sentido do campo Cargas negativas – Força no sentido contrário ao campo A carga q colocada no interior de um campo elétrico fica sujeita à força:
  18. 18. Trabalho e Potencial elétrico Uma partícula com carga q0 situada em um ponto onde atua um campo elétrico, fica sujeita a uma força exercida pelo campo. q W VVU BA =−=
  19. 19. Diferença de potencial - O potencial mede a capacidade da força elétrica de realizar trabalho. - A unidade de medida usada no Sistema internacional é o Volt [V], e 1V=1J/C. - A diferença de potencial, também chamada de tensão, aparece entre dois corpos que possuem um desequilíbrio de cargas.
  20. 20. Analogia com a hidráulica Reservatório no alto de morro Tubulação Caixa d´água
  21. 21. Capacitor é um dispositivo utilizado para armazenar energia na forma de campo elétrico. Os capacitores se apresentam numa grande variedade de tamanhos e formas. Capacitores
  22. 22. Possuem como elementos básicos dois condutores separados por um material isolante. Os condutores são chamados de placas, qualquer que seja a sua geometria. Capacitores
  23. 23. O capacitor quando carregado possui um campo elétrico uniforme na região entre suas placas. Este campo permanece mesmo desligando o capacitor da fonte. Capacitores
  24. 24. Ao ligarmos um condutor entre as duas placas de um capacitor carregado, uma corrente elétrica se estabelece, descarregando o capacitor e liberando a energia que estava armazenada na forma de campo elétrico. Capacitores Condutor _ + i
  25. 25. Capacitores A carga q que um capacitor pode adquirir é dada por q=C.U Onde U é a diferença de potencial da fonte de tensão, e C é a chamada capacitância do capacitor. Unidade de medida de capacitância: farad [F] 1F = 1C/V ΔΔ
  26. 26. Capacitores Parâmetros que influenciam na capacitância de um capacitor: Formato do capacitor; Material usado como dielétrico; Distância entre as placas (quanto maior a distância, menor a capacitância); Área das placas (quanto maior a área, maior a capacitância);
  27. 27. APLICAÇÕES: A utilização dos capacitores • Os capacitores têm várias aplicações além de servirem como armazenadores de energia. Eles constituem elementos importantes nos circuitos elétricos de transmissores e de receptores de rádio e televisão. Os capacitores microscópicos formam os bancos de memória dos computadores.
  28. 28. Corrente elétrica É o movimento ordenado de elétrons através de um condutor sujeito a uma diferença de potencial. Fluxo convencional Fluxo de elétrons Fio condutor de cobre Elétrons livres em movimento Bateria
  29. 29. Corrente elétrica t q i Δ Δ = A unidade de medida de corrente elétrica é o Ampére, representado por A, sendo que 1A = 1C/s.
  30. 30. Força eletromotriz A bateria é um dispositivo que consumindo energia química, realiza um trabalho sobre as cargas, elevando o potencial destas cargas para que elas possam se deslocar de um potencial menor para um maior. Unidade no Sistema internacional – Volt - [V] Reposição em cargas:fem
  31. 31. Força eletromotriz Símbolos de fonte de fem Bateria ou gerador de corrente contínua Gerador de corrente alternada AC
  32. 32. Analogia da hidráulica Reservatório no alto de morro Tubulação Caixa d´água Bomba d´água
  33. 33. Resistência elétrica É a oposição que um material apresenta a passagem de corrente elétrica.
  34. 34. Lei de Ohm A unidade de medida de resistência elétrica no Sistema internacional de unidades é o ohm, representada pela letra grega Ω. I U R =
  35. 35. Fatores que influenciam na resistência elétrica Dimensões do condutor a L. R ρ = ocomprimentL áreaa esistividad = = = Reρ
  36. 36. Fatores que influenciam na resistência elétrica Temperatura ( )TRR Δ⋅+= α10 Onde: α = coeficiente de temperatura TΔ = Variação de temperatura
  37. 37. Resistores R Símbolo São elementos que são introduzidos nos circuitos para aumentar a resistência destes, de modo que para uma fonte de tensão constante, pode-se variar a corrente que percorre o circuito.
  38. 38. Associação de resistores Associação em série R2 R1 R3 Vt RT = R1+ R2+ R3+...+ Rn
  39. 39. Associação de resistores Associação em série R1 R2 R3 Rt=R1+R2+R3
  40. 40. Associação de resistores Associação em paralelo R1 R2 R3Vt n t RRRR R 1 ... 111 1 321 ++++ =
  41. 41. Potência elétrica É a rapidez com que uma carga pode realizar trabalho. P = U x I OU OU Unidade no Sistema internacional é o watt [w] = 1J/s 2 RIP = R U P 2 = t W P Δ =
  42. 42. Medidas elétricas Amperímetro É o instrumento usado para medir corrente elétrica. Ele deve ser ligado sempre em série com a carga, de modo que a corrente a ser medida passe através dele.
  43. 43. Medidas elétricas Alicate amperímetro Instrumento digital portátil, de acordo com a categoria III 600V de segurança. Realiza medidas de tensão DC e AC, corrente AC, resistência e freqüência, e testes de diodo e continuidade.
  44. 44. Medidas elétricas Voltímetro É o instrumento utilizado para medir diferença de potencial. Este instrumento deve ser ligado sempre em paralelo com o ponto onde se deseja saber a tensão.
  45. 45. Medidas elétricas Voltímetro
  46. 46. Medidas elétricas Ohmímetro É um instrumento utilizado para medir a resistência elétrica. É importante saber que o elemento do qual se quer saber a resistência elétrica deve estar fora de qualquer circuito elétrico, para que não cause um erro na indicação do ohmímetro.
  47. 47. Medidas elétricas MULTITESTE DIGITAL •Amperímetro •Voltímetro •Ohmímetro •Medidas de Transistores •Medidas de Diodos
  48. 48. Representação de resistores Leitura resistência de 5 ohms: resistência de 5,3 ohms: resistência de 5300 ohms: R1 = 5 Ω R2 = 5R3 Ω = 5R3 R3 = 5k3 Ω = 5k3
  49. 49. APLICAÇÃO O uso de resistores é de larga utilização na indústria: • Lâmpadas incandescentes; • Chuveiros elétricos; • Ferros de passar roupa; • Secadores de cabelos; • Ferros de soldar; • Cafeteiras,Sanduicheiras, fornos, etc • Na eletrônica em geral.
  50. 50. Magnetismo Pólos magnéticos
  51. 51. Magnetismo Linhas de campo magnético
  52. 52. Magnetismo Experiência para visualizar as linhas de campo magnético Utilizando limalhas De ferro.
  53. 53. Magnetismo Amagnéticos: Materiais que não são magnetizados, são magneticamente neutros, como o ar e o vácuo. Diamagnéticos: São materiais que imantam-se em sentido oposto ao do campo magnético externo, enfraquecendo o campo e distorcendo as linhas de força. Ex: Cobre, ouro, etc. Paramagnéticos: Apresentam propriedades magnéticas apenas na presença de um campo magnético, sendo que na ausência deste as propriedades magnéticas desaparecem. Ex: Alumínio, estanho, etc. Ferromagnéticos: São os materiais que exibem maior magnetização, sendo, portanto, os mais utilizados em escala industrial. Ex: Ferro, aço, etc. Tipos de materiais
  54. 54. Eletromagnetismo Experiência de Oersted (1820) A unidade de campo magnético no SI é o tesla [T].
  55. 55. Eletromagnetismo Campo magnético em torno de um condutor percorrido por uma corrente elétrica. Campo grande Campo pequeno Corrente alta Corrente baixa
  56. 56. Eletromagnetismo Regra da mão direita O polegar indica o sentido do fluxo da corrente Os dedos se curvam no sentido do campo magnético
  57. 57. Cálculo da intensidade do campo magnético Ao redor de um condutor r2 I B 0 ⋅π μ = Onde r é a distância perpendicular na qual queremos saber a intensidade, I é a corrente que atravessa o condutor e μ0 é a constante de permeabilidade no vácuo, e vale : A mT. 10.4 7− π
  58. 58. No centro de uma espiral Cálculo da intensidade do campo magnético R2 I B 0 μ =
  59. 59. Cálculo da intensidade do campo magnético No interior de um solenóide l NI B 0μ =
  60. 60. Regra da mão direita para um solenóide Os dedos indicam o sentido do fluxo da corrente através da bobina Corrente O polegar aponta para o pólo N da bobina
  61. 61. Força magnética sobre um fio transportando corrente θsen0ilBFm =
  62. 62. Força magnética entre dois condutores paralelos r lii F o m 21 2 ⋅= π μ
  63. 63. Fluxo magnético É um parâmetro usado para medir a concentração das linhas de campo em uma determinada região do espaço. A expressão usada para calcular fluxo magnético é: θcos⋅⋅=Φ AB A unidade no sistema internacional é o weber [Wb].
  64. 64. Lei da indução de Faraday O enunciado da Lei da indução de Faraday pode ser escrito como: “Toda vez que um condutor estiver sujeito a uma variação de fluxo magnético, nele aparece uma fem induzida, enquanto o fluxo estiver variando.” Matematicamente, a expressão da lei da indução de Faraday é: t N Δ ΔΦ −=ε
  65. 65. O enunciado da Lei de Lenz é: “Uma corrente induzida surgirá numa espira condutora fechada com um sentido tal que ela se oporá à variação do campo magnético que a produziu”. Lei de Lenz Movimento para dentro Corrente induzida
  66. 66. Indutores Uma corrente elétrica percorrendo um condutor gera em torno dele um campo magnético. Este campo magnético pode influenciar no próprio circuito em que o condutor está contido, o que chamamos de auto-indução. O fluxo magnético auto-induzido em um circuito é dado pela equação abaixo. Li=Φ Onde L é uma característica do circuito denominada indutância. A unidade usada no SI para indutância é denominada Henry (H), em homenagem ao físico americano Joseph Henry. 1 henry = 1 T.m2/A = 1H
  67. 67. Indutores Há elementos que são usados em circuitos elétricos para gerar indutância, e são chamados de indutores. Podemos dizer que os indutores estão relacionados ao campo magnético assim como os capacitores estão relacionados com o campo elétrico, ou seja, os capacitores têm a capacidade de armazenar campo elétrico e os indutores têm a capacidade de armazenar campo magnético.
  68. 68. APLICAÇÃO • Guindaste à base de um eletroímã Trem à base de levitação magnética, construído na Alemanha. Pode atingir mais de 200 km/h, livre de vibrações. • Trem Eletromagnético
  69. 69. São máquinas capazes de transformar energia elétrica em energia mecânica. APLICAÇÃO: Motores elétricos
  70. 70. APLICAÇÃO: Transformadores 2 1 2 1 n n V V = 2211 iViV = tensãodeabaixadorumédortransformaonnSe tensãodeelevadorumédortransformaonnSe 12 12 < >
  71. 71. A fonte de energia converte alguma forma de energia em energia elétrica. Sendo assim, existem diversos tipos de fonte, classificadas de acordo com o seu princípio de funcionamento. Fontes de energia
  72. 72. USINAS GERADORAS DE ENERGIA Hidrelétrica Termoelétrica
  73. 73. USINAS GERADORAS DE ENERGIA • Usina nuclear Usina Eólica Turbina de Vento
  74. 74. USINAS GERADORAS DE ENERGIA • SOLAR Utiliza a radiação solar para gerar energia elétrica. É uma das chamadas energias alternativas, devidos aos poucos impactos ambientais causados. O uso da radiação solar é também utilizado em fogões solares. Estes fogões destacam-se pelo baixo custo e estão sendo utilizados em várias comunidades de baixa renda. Painel fotovoltaico - Austrália
  75. 75. USINAS GERADORAS DE ENERGIA • BIOMASSA • Utiliza materiais em decomposição (lenha, alimentos em decomposição) e degradação de polímeros orgânicos derivados de matéria biodegradável, esgoto, substrato da cana-de-açúcar , vinhaça, esterco orgânico e demais materiais biodegradáveis para gerar energia elétrica.
  76. 76. USINAS GERADORAS DE ENERGIA • Sistema de geração de energia elétrica no qual você utiliza o movimento de fluxo das marés para movimentar uma comporta, que está diretamente ligada a um sistema de conversão, proporcionando assim a geração de eletricidade. As marés servem para gerar eletricidade que é obtida a partir do movimento regular, a cada 12 horas de elevação (fluxo) e abaixamento (refluxo) do nível do mar. MAREMOTRIZ Na Noruega existe uma
  77. 77. USINAS GERADORAS DE ENERGIA • Usina Geotérmica Energia geotérmica é a energia produzida de rochas derretidas no subsolo (magma) que aquecem a água no subsolo. Na Islândia, que é um país localizado muito ao Norte, próximo do Círculo Polar Ártico, com vulcanismo intenso, onde a água quente e o vapor afloram à superfície ou se encontram em pequena profundidade, tem uma grande quantidade de energia geotérmica aproveitável e a energia elétrica é gerada a partir desta.
  78. 78. OBRIGADO

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