Eletroeletrônica (1ª aula)

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Eletroeletrônica (1ª aula)

  1. 1. ELETROELETRÔNICAUD I: - ELETRICIDADE BÁSICA (ELE 200)
  2. 2. OBJETIVOS Definir Íons (positivos / negativos), condutor, isolante elétrico, carga / força elétrica e campo elétrico Definir tensão e corrente elétrica, com suas respectivas unidades; Definir e Explicar a constituição, o funcionamento, as características e as aplicações dos resistores. Definir tensão e corrente elétrica, com suas respectivas unidades; Definir resistência elétrica e sua unidade; Calcular o resistor equivalente, a tensão e a corrente, nas associações série, paralela e mista. Definir força, energia, potência elétrica, unidades de potencial elétrico e Calcular a potência e a energia elétrica. Definir diferença de potencial, força eletromotriz, resistência interna de um gerador e Citar os tipos de geradores elétricos. Definir nó, braço ou ramo, malha nos circuitos elétricos e Explicar as Leis dos Nós e as Leis das Malhas no cálculo de tensão e de corrente nos circuitos elétricos; Definir imã permanente e suas propriedades; Explicar as Leis do Magnetismo.
  3. 3. Conceitos Básicos Observe as duas figuras a seguir. Nelaspodemos identificar alguns elementos conhecidos,mesmo para pessoas que não tenhamconhecimentos de eletricidade. A Fig 01 mostrauma bateria , uma lâmpada e um interruptor. Alâmpada está apagada. A Fig 02 mostra a mesmabateria e a mesma lâmpada , agora acesa. Por quea lâmpada está apagada ? Por que a lâmpada estáacesa ? As respostas você obterá quando algunsconceitos de eletricidade forem colocados aseguir.
  4. 4. Conceitos Básicos Todas as substâncias são constituídas de átomose moléculas. Por exemplo a substância chamada deágua, cuja fórmula química é H2O, é constituída dedois átomos de hidrogênio (H) e um átomo deoxigênio(O) os quais tem características totalmentediferentes da água. Os átomos por sua vez são constituídos deminúsculas partículas: os prótons, os elétrons eos nêutrons. Os prótons estão localizados na partecentral do átomo chamada de núcleo, enquanto oselétrons giram ao seu redor em órbitas bemdefinidas, de forma parecida com os planetasgirando ao redor do sol.
  5. 5. Conceitos Básicos Nas duas figuras ao lado temos os desenhos do modelo mais simples que representa um átomo: O núcleo central no qual estão os prótons e os nêutrons, e ao redor deste, girando, os elétrons . Existem varias órbitas , com diferentes números de elétrons girando em cada uma. A última camada, chamada de camada valência é a que tem maior interesse, pois a diferença entre os principais materiais usados na eletrônica tem o seu comportamento determinado pela característica desta camada.
  6. 6. Conceitos Básicos Prótons e elétrons tem uma propriedade físicachamada de carga elétrica. Cargas elétricas (elétrons) em movimento produzemuma corrente elétrica e é essa corrente elétrica quepermite que nós tenhamos certas comodidades (ver tv,etc.). Para gerar uma corrente elétrica precisamos de umcaminho (condutor) para as cargas elétricas percorrerem ede um dispositivo que forneça a energia necessária paraque essas cargas se desloquem por esse caminho. Estedispositivo é chamado de Gerador de Tensão. Pilhas ebaterias são exemplos de geradores de tensão. Outroelemento importante são os isolantes , sem os quais nãoseria possível tudo isso. Um isolante não deixa as cargas elétricas semovimentarem pelo seu interior. Plásticos, madeira,borracha, vidro e o ar são exemplos de isolantes.
  7. 7. Respondendo a pergunta do inicio Observe as figuras a seguir, sãosemelhantes às do inicio, a diferença é que nãotem o interruptor. A lâmpada está apagada poisnão existe caminho para as cargas sedeslocarem (na Fig 1- interruptor aberto).Quando um caminho é criado (no caso da Fig 2- fechando o interruptor) ligando a lâmpada àbateria, a lâmpada acende (a energia doselétrons é convertida em luz).
  8. 8. Respondendo a pergunta do inicio É importante notar que o caminho não existe porque oar é isolante. Observe que a corrente elétrica tem umsentido bem definido: a corrente sai do pólo positivo, percorreo circuito e retorna para a bateria entrando pelo pólo negativopois neste caso a corrente é chamada de CONTÍNUA (CC) e ogerador que a produziu, GERADOR DE TENSÃOCONTÍNUA. A corrente cujo sentido está indicado na Fig 2 échamada de corrente convencional (sai do pólo positivo,percorre o circuito retornando pelo pólo negativo). A correntereal, de elétrons, se movimenta no sentido contrário ao dacorrente convencional. O sentido que é usado é oconvencional.
  9. 9. Respondendo a pergunta do início Observe que isso não modifica o funcionamentode qualquer dispositivo eletrônico, é como o lado queos carros se movimentam. Qual o correto? O ladodireito (aqui no Brasil e maioria dos paises) ou o ladoesquerdo da rua (Inglaterra e alguns paises)? Nãoimporta, qualquer que seja o lado, o carro funciona damesma forma, só devemos ter o cuidado de lembrarem que pais estamos dirigindo. Pois é a mesma coisacom o sentido da corrente. O SENTIDO QUEADOTAREMOS É O CONVENCIONAL.
  10. 10. Exemplo de Circuito Elétrico Circuito elétrico é todo caminho fechadopercorrido pelos elétrons, é constituído de nomínimo um gerador, fios condutores, e de nomínimo um receptor. Agora que você já sabe alguns conceitosbásicos qualitativos de eletricidade, precisamos daralguns conceitos quantitativos (valores) e para issoprecisamos conhecer as unidades de medida dasgrandezas que conhecemos.
  11. 11. UNIDADES DE MEDIDAS Grandeza Elétrica Unidade SímboloCarga elétrica Coulomb Cfluxo de cargas ou intensidade de corrente Ampére ATensão elétrica ou diferença de potencial  Volt  (ddp )
  12. 12. UNIDADES DE MEDIDAS Para algumas das grandezas podemos dar umsignificado físico. Assim é que o Coulomb pode ser definido comosendo a quantidade de carga correspondente a6,25 x 1018 elétrons. 1C = 6,25 x 1018 elétrons.1 Ampére corresponde a um fluxo de 6,25 x 1018elétrons por segundo ou 1Coulomb por segundo 1A=1C/s Genericamente I =Q / t ou Q = I.t
  13. 13. UNIDADES DE MEDIDAS Onde I é a intensidade da corrente emAmpéres (A), Q a quantidade de carga (emC) que atravessa uma secção do condutor nointervalo de tempo t (em s). Muitas vezes devemos recorrer ao múltiploou ao submúltiplo de uma unidade. A seguir os múltiplos e submúltiplos maisusados das grandezas acima.
  14. 14. UNIDADES DE MEDIDASUnidade  Submúltiplo Múltiplo  1milicoulomb=10-3C=1mC 1KiloCoulomb=103C=1KCCoulomb 1microcoulomb=10-6C=1µC 1Megacoulomb=106C=1MC 1nanocoulomb=10-9C=1nC 1Gigacoulomb=109C=1GC 1miliampere=10-3A=1mA 1Kiloampere=103A=1KAAmpére 1microampere=10-6C=1µA 1Megaampere=106C=1MA 1nanoampere=10-9C=1nA 1Gigaampere=109C=1GA 1milivolt=10-3A=1mV 1Kilovolt=103V=1KV Volt 1microvolt=10-6C=1µV 1Megavolt=106C=1MV 1nanovolt=10-9C=1nV 1Gigavolt=109C=1GV
  15. 15. Exemplo 1: A intensidade da corrente em um condutor é de 2A. Qual a quantidade de carga que passa por uma secção do fio em:b) 1sc) 10sd) 10ms
  16. 16. Respostas De acordo com a expressão Q = I.t, onde Q é a carga em C, I a intensidade em A e t o tempo em s. Portanto só precisamos substituir na expressão acima em cada caso: Q = 2A.1s = 2C Q = 2A.10s = 20C Q = 2A.10.10-3s = 20.10-3A = 20mA.
  17. 17. Resistência Elétrica - 1 Lei de OHM - a Você já sabe que uma corrente elétrica é umamovimentação de elétrons. Esses elétrons ao sedeslocarem pelo interior do condutor se chocarãocontra os átomos, isto é, ao se movimentarem oselétrons sofrerão uma oposição. A medida destaoposição é dada pela resistência elétrica do condutor(R). A resistência elétrica pode ser calculada se atensão aplicada (U) e a intensidade da corrente(I)forem conhecidas, sendo calculada por:R = U / I ou U = R . I ou ainda I=U/R
  18. 18. Resistência Elétrica - 1 Lei de OHM - a Esta expressão é conhecida por 1a Lei de OHM, naqual U é especificado em Volts (V) , I em Ampéres(A) e a resistência R será dada em OHMS. Se por exemplo a tensão aplicada no condutor forigual a 2V e a corrente resultante for igual a 1A,significa que a resistência do condutor será de R= 2V/1A = 2Ω. Observe que a resistência do condutor éconstante, isto é, se a tensão aplicada mudar para10V a relação entre a tensão e a corrente deverá ser amesma (2Ω e para isso a corrente a corrente deveráter intensidade de: I = U / R = 10V / 2Ω = 5A.
  19. 19. Exemplo 2: Qual a intensidade da corrente em um condutor que tem resistência de 1000Ω se a tensão aplicada for de:b) 2Vc) 100Vd) 50mV
  20. 20. Respostas Para cada caso deveremos especificar U em Volts e R em OHMS I = 2V / 1000Ω = 0,002A = 2mA I = 100V/1000Ω = 0,1A = 100mA I = 50mV/1000Ω = 50.10-3V / 1000Ω = 50.10-3/10-3Ω = 50.10-6A = 50 µA
  21. 21. Exemplo 3: Qual deve ser a tensão em um condutor de 10KΩ de resistência para a corrente tenha intensidade de: 2mA 0,05A 20µA
  22. 22. Respostas Para determinar a tensão dado a resistência e a corrente usamos a 1ª Lei de OHM na forma: U = R.I se R em OHMS e I em AMPERES U será obtido em VOLTS U = 10.103.2.10-3 = 20V U = 10.103.5.10-2= 50.101 =500V U = 10.103.20.10-6= 200.10-3V = 200mV = 0,2V
  23. 23. Condutância (G) Dado um condutor de resistência elétricaR, definimos a sua condutância comosendo: G = 1/R a condutância é o inverso daresistência e R = 1/G Quanto maior a resistência menor acondutância. Quanto maior a condutância menor aresistência. A unidade de condutância é chamadade Siemens (S)
  24. 24. Condutância (G) 1S é a condutância de um condutor que tem umaresistência de 1Ω. Se a resistência é de 2Ω então acondutância será de 0,5S (não esqueça um é o inversodo outro !!!). E se a condutância fosse de de 2S, qualseria a resistência? Fácil! Como R = 1 / G, entãoR = 1/2S = 0,5Ω . Na prática costumamos usar mais resistência paracaracterizar a capacidade de um material de conduzirbem ou não a corrente, mas existem algumassituações onde usamos condutância.
  25. 25. Resistores Resistores são componentes construídospara apresentar um determinado valor deresistência elétrica. Os materiais mais usadosna sua construção são o carbono , metais eligas. A figura mostra o aspecto físico de umresistor de valor fixo e o seu símbolo.
  26. 26. ResistoresResistor fixo Resistores de filme metálico de diversas potências Símbolo Exemplos de resistores fixos - Filme metálico e SMD
  27. 27. Resistores Muitas vezes precisamos que o valor daresistência varie,(por exemplo quando vocêestá aumentando o volume do seu rádio,variando a luminosidade da lâmpada no paineldo carro) neste caso deveremos usar umresistor variável. Existem diversos tipos deresistor variável. A figura mostra o aspectofísico de um resistor variável e o seusímbolo.
  28. 28. Resistores Simbologia Potenciômetro( resistor variável ) de carvão
  29. 29. ResistoresPotenciômetro (aspecto físico)
  30. 30. Código de Cores Os valores de resistência não podem serquaisquer (senão viraria uma bagunça !!) ,sendo padronizados, e na maioria das vezesnão são escritos , mas sim codificados na formade anéis coloridos colocados ao redor do corpodo resistor. No caso mais comum são 4 faixascoloridas , as três primeiras se referem ao valornominal e a quarta à tolerância. A figuramostra o código de cores
  31. 31. Código de Cores Código de Cores Cor 1ºA.S(A) 2ºA.S(B) Mult.(C) Tol(D) nenhuma - - - ±20 Prata - - 10-2  ±10 Ouro - - 10-1   ±5 Preto - 0 100    Marrom 1 1 101 ±1 Vermelho 2 2 102  ±2 Laranja 3 3 103    Amarelo 4 4 104    Verde 5 5 105     Azul 6 6 106    Violeta 7 7 107    Cinza 8 8 108    Branco 9 9 109   
  32. 32. Código de CoresA ausência da quarta faixa indica uma tolerância de 20%.
  33. 33. Código de Cores Como deveremos ler o código de umresistor? De acordo com a figura, temos 4 anéiscoloridos (no caso de resistores de filmemetálico são 5 faixas): A primeira faixa representará o 1ºalgarismo significativo(1AS), a segunda faixa o2º algarismo significativo (2AS) a terceira ofator de multiplicação e a quarta faixa atolerância. A seguir um exemplo paraesclarecer melhor.
  34. 34. Exemplo 4 Seja um resistor que tem as trêsprimeiras faixas vermelhas e a quartaprata. Qual o seu valor nominal? Solução: de acordo com o códigode cores vermelho = 2 e prataquando é a quarta faixa ( tolerânciaé 10% ), logo: R = 22 X 102 ± 10% = 2200Ω ±220. O valor nominal é 2K2 e comessa tolerância é possível encontrarresistores com valor efetivo de1980Ω a 2420Ω
  35. 35. Exemplo 5 Seja um resistor que tem aprimeira faixa verde, a segundavermelha, a terceira preta e aquarta ouro. Qual o seu valornominal? Solução: de acordo com ocódigo de cores – verde = 5,vermelho = 2, preto = X 1 e ouroquando é a quarta faixa ( tolerânciaé 5% ), logo: R = 52 X 1 ± 5% = 52Ω ± 2,6.O valor nominal é 52Ω e com essatolerância é possível encontrarresistores com valor efetivo de50Ω a 54Ω.
  36. 36. Código de CoresImportante: a primeira faixa nunca é preta
  37. 37. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes -
  38. 38. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes -
  39. 39. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes -Para cada teste assinale uma alternativa 1. Em um condutor metálico os portadores de carga são:a) Íonsb) Elétrons livresc) Prótonsd) Nêutrons
  40. 40. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes - 2. A intensidade da corrente elétrica em um condutor é de 0,5A, o que corresponde a :a) 0,5 elétrons por segundob) 0,5.10-19 Coulombs por segundoc) 0,5.1018eletrons por segundod) 0,5 Coulombs por segundo.
  41. 41. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes - 3. Assinale falso (F) ou verdadeiro (V) para cada afirmação. Condutores são substâncias que permite que cargaselétricas se movimente pelo seu interior V F Se um condutor tem uma resistência de 10Ω , umatensão de 5V aplicada resultará em uma corrente de V F2A. A condutância de um resistor de 10W é de 0,1 S V F Um resistor tem as faixas: 1ª: preta 2ª: Marrom 3ª:preta logo R =10Ω V F
  42. 42. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes - 4. A tensão em um condutor é 2,4V e a intensidade da corrente é de 0,8A. Podemos afirmar que a resistência do condutor é de : 2,4 Ω 3Ω 1,25 Ω 0,33 Ω
  43. 43. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes -
  44. 44. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes - 1800 5 680 5 6800 10 1000 10
  45. 45. ELETRICIDADE BÁSICA C.C - Testes -

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