ELETRICIDADE
CIRCUITO ELÉTRICO – é o conjunto de elementos percorridos
pelas cargas elétricas (nos sólidos, a carga é transportada pelos elétrons). As
cargas ganham energia nos geradores e a deixam nos receptores.
GERADOR ELÉTRICO – é
o equipamento que transforma uma forma de energia (E) não elétrica em energia
elétrica, que energiza as cargas elétricas. Exemplo de gerador: o alternador do
automóvel, a pilha, a bateria.
RECEPTOR ELÉTRICO – é o que transforma a energia elétrica,
transportada pelas cargas elétricas, em uma outra forma de energia, não
elétrica (mecânica, luminosa, térmica
etc).
CONDUTOR
ELÉTRICO – pode ser entendido como um elemento do circuito elétrico, que tem a
função de transportar as cargas elétricas entre o gerador e o receptor. Como
adjetivo, é o material no qual as cargas são muito facilmente postas em
movimento. É o caso dos metais, cujo tipo que mais facilmente transporta as
cargas elétricas é a prata, seguida do cobre, do ouro e do alumínio.
CARGA ELÉTRICA - Quando um corpo neutro
perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” (Q) que mede o
desequilíbrio entre a quantidade de elétrons e de prótons do corpo em questão. A unidade da
carga elétrica é o COULOMB, C, correspondente
a uma quantidade de 6,28 x 1018 (6280000000000000000) elétrons.
POTENCIAL ELÉTRICO – Quando um corpo
neutro perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” e tem então a
capacidade energizar elétrons próximos, atraíndo-os ou repelindo-os. Essa
capacidade é chamada potencial elétrico.
TENSÃO ELÉTRICA - O sentido e a
intensidade do movimento da carga elétrica são determinados pela diferença de
potencial a qual esta carga estiver submetida. A diferença de potencial (ddp) é
também chamada tensão e também por força eletro-motriz, por ser a mesma
responsável pelo movimento das cargas elétricas. A grandeza tensão elétrica é
simbolizada pelas letras V (geral), E (fontes) ou U (nos receptores).
A unidade de tensão
elétrica é o VOLT - V. Uma unidade de volt é igual à
energização de um joule (J - unidade
de energia) para cada coulomb (C - unidade
de carga), ou seja V=E/Q Como a
tensão é quantidade de energia por carga, quanto maior a tensão, maior a
potência transferida.
O instrumento medidor
de tensão é o voltímetro. Para fazer
a medição os terminais ou ponteiras desse medidor devem ser ligadas nos
terminais do circuito em
teste. Tal ligação se chama paralela.
CORRENTE ELÉTRICA – o
fluxo de cargas elétricas se chama corrente elétrica, cuja intensidade no tempo
(coulombs por segundo) se simboliza pela letra maiúscula I. Então I=Q/t.
Como as cargas transportam energia,
quanto maior for a corrente, maior a potência transferida.
A unidade de
intensidade de corrente é o AMPÈRE –
A – equivalente a um coulomb por
segundo.
O instrumento medidor
de corrente é o amperímetro. Esse instrumento
para ser instalado, precisa que o circuito a ser testado seja interrompido e
religado através dos terminais, ou ponteiras, do medidor. Tal ligação se chama
ligação série.
Os condutores
elétricos precisam ser mais grossos quando conduzem maior valor de corrente
elétrica.
POTÊNCIA ELÉTRICA
– A carga elétrica exige energia para fluir por um circuito que lhe impõe
dificuldade ao fluxo. A quantidade de energia transferida a cada unidade de
tempo é chamado potência elétrica, simbolizada pela letra maiúscula P.
Como cada unidade de carga transporta uma quantidade de
energia numericamente igual à tensão do gerador (tensão=energia por carga) e
como a intensidade de corrente é a quantidade de cargas por segundo
(corrente=carga por tempo), tem-se que a potência ( que é a energia
transportada por tempo) fica igual ao produto da tensão pela corrente.
A unidade de potência
é o WATT – W ( pronuncia-se uót) , equivalente à
transferência de energia de um joule a cada segundo, ou joule por segundo.
A relação entre potência, corrente e tensões é: P = V*I
Se dois equipamentos, de mesma
potência, funcionam com diferentes tensões, apresentam diferentes correntes,
sendo menor corrente no de maior tensão.
Outras unidades de potências e suas equivalências
- cavalo-vapor – cv 1cv=736
- horse-power – hp 1hp=746W
- BTU/h 1BTU/h= 293,3W
ENERGIA ELÉTRICA – A
energia transferida por um equipamento ou circuito elétrico é dependente da
potência de tal equipamento e do tempo de funcionamento.
E = P*t Sendo E a energia em joule (J) ;
P a
potência em watt (W);
t o tempo
em segundo (s).
Para a cobrança da
energia elétrica são usadas outras unidades: para energia o quilowatt-hora
(kWh), para a potência o quilowatt (kW) e para o tempo a hora (h).
A conversão de joule
para quilowatt hora é conseguida pelo produto do valor em joule por 3600000.
RESISTÊNCIA ELÉTRICA
– Ao se aplicar uma diferença de potencial (tensão) aos extremos de um circuito
elétrico, há um fluxo de cargas, cuja intensidade (corrente) depende não só da
tensão aplicada, mas também de uma característica do circuito, chamada resistência elétrica. A resistência
elétrica é simbolizada pela letra maiúscula R.
A
grandeza resistência equivale à razão entre a tensão aplicada e a corrente que
flui (V/I). A unidade de resistência elétrica é o OHM – Ω . Cada ohm (Ω) é o valor de tensão necessária (em
volt –V) para produzir um ampère (1A)
A relação entre corrente, tensão e resistência
chama-se lei de OHM: V= R*I
O instrumento medidor de resistência elétrica se chama
ohmímetro. Um ohmímetro só pode ser
ligado a um circuito que não esteja energizado.
Obs. 1: Os amperímetros precisam ser ligados de modo a formar
com o circuito medido um só percurso de corrente (chama-se associação série) e
para não alterar a corrente medida, têm resistência elétrica baixíssima. Tal
característica faz com que a ligação de um amperímetro diretamente a uma fonte
de tensão produza grande corrente, sendo um grande risco de graves acidentes.
Obs.2: Se uma mesma resistência é ligada a diferentes
valores de tensão, terá então diferentes correntes, proporcionais aos valores
de tensão.
Obs. 3: Ao atravessar uma resistência, as cargas têm
sua energia elétrica transformada em térmica por um efeito que recebe o nome de
efeito Joule e tem uma potência de P= R*I². Essa é a forma pela qual se determina a potência perdida em um
condutor de resistência R, pelo qual flui uma determinada corrente I.
RESISTIVIDADE -
A resistência em cada unidade de comprimento e de área de secção
transversal é chamada resistividade ou resistência específica. Tal valor varia
conforme o material. Essa grandeza é simbolizada pela letra grega ρ (rô). A
resistência é tão maior quanto maior for o comprimento e menor for a área da
secção.
R= ρ L/S onde L é o
comprimento e S a área de secção. O de ρ sendo em
Ωmm²/m , o
comprimento L deve estar em metro e a área em milímetro quadrado.
RESISTOR – é o nome do dispositivo fabricado para
fornecer resistência elétrica.
Obs.:O elemento resistivo do chuveiro elétrico seria
mais apropriadamente chamado resistor, pois é um dispositivo e não uma
grandeza.
O resistor é utilizado para :
1- produzir calor;
2- limitar corrente;
3- dividir tensão;
4- dividir corrente.
A seguir vêm-se as fórmulas pelas quais se calculam os
valores de resistência e de potência do
resistor para cada aplicação. O valor de resistência encontrado deve ser o
valor a ser utilizado e o valor de potência encontrado deve ser o mínimo para o
resistor a ser usado, então a potência do resistor pode ser maior que a
calculada.
1- Como produtor de calor, é necessário conhecer a
potência térmica desejada, P, e a tensão
disponível, V. O valor da resistência será dado por R = V² / P
2- Como limitador de corrente, basta conhecer a tensão
disponível , V, e a corrente I desejada:
R=V/I
3- Como divisor de tensão o resistor deve ser
calculado a partir dos valores de tensão disponível VT , da tensão
desejada VR , e da corrente desejada IR. : RS=(VT-VR)
/ IR
4- Para ser usado como divisor de corrente, deve ser
levado em conta o valor de tensão total, de corrente total e da corrente
desejada: RP = VT / (IT-IR)
Sempre que flui corrente por uma
resistência é produzido calor na taxa de, e isso é aproveitado nos
dispositivos limitadores de corrente.
SOBRECORRENTE
E CURTO-CIRCUITO
Os
valores de corrente que estão acima do valor nominal para o circuito são
considerados sobrecorrente, que produz
calor (P = R I² ) e
temperatura acima do suportado pelo circuito, o que pode levar a danos e
destruições. Além do calor, a corrente elétrica está associada a campos
magnéticos, que produzem forças que podem vir também a provocar destruições nos
circuitos elétricos.
Se os terminais de um gerador são
interligados pelos elementos que deveriam servir apenas de condutores para a
energia a ser usada nos receptores elétricos, então a sobrecorrente resultante
é considerada um curto-circuito.
Para evitar os danos provenientes das
sobrecorrentes, as mesmas devem ter sua duração limitada, o que é feito pelos fusíveis e pelos disjuntores.
FUSÍVEL
Fazendo uso do calor produzido pelo fluxo da corrente, é fabricado um
elemento de material e dimensões controladas de modo que o calor produzido pela
passagem de corrente de determinado valor o faz fundir, interrompendo a
corrente: é o fusível. A função do
fusível é impedir a continuidade da corrente de valor acima daquele para o qual
foi fabricado, interrompendo-a em um tempo tão curto que não chega a destruir
os circuitos pelos quais fluia antes do aumento. A fusão do fusível o destrói
fazendo com que deva ser substituído.
DISJUNTOR
Esse
elemento também funciona baseado na temperatura desenvolvida pela passagem da
corrente, embora também use outro princípio de funcionamento, chamado
magnético. O disjuntor tem a mesma função do fusível, que é limitar o tempo de
passagem da corrente com valor acima do normal. Tem a grande vantagem de ser
rearmável, ou seja após o uso ele pode voltar a ser usado.
CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA
Os geradores que energizam as cargas impelindo-as sempre no mesmo
sentido são chamados geradores de corrente contínua (CC ou DC). Esses geradores têm pólo
positivo e pólo negativo definidos e fixos. É o caso das pilhas e
baterias.
Os geradores que energizam as cargas de invertendo periodicamente o
sentido do movimento imposto, são chamados geradores de corrente alternada (CA ou AC). É o caso dos alternadores.
Nesses geradores não se tem um pólo positivo e um negativo fixos como no
caso dos geradores de corrente contínua e sim pólos que se invertem
periodicamente. Nesses, chamam-se os pólos, ou terminais, de A e B, ou de 1 e 2.
Há ainda a denominação fase e neutro, embora essa denominação se justifique
mais nos sistemas em que há mais de uma tensão, como ocorre nos sistemas trifásicos
usados para a distribuição de energia elétrica.
FREQÜÊNCIA - A quantidade de vezes que a tensão ou a corrente
completa um ciclo de alternância a cada segundo é denominada freqüência,
simbolizada pela letra minúscula f.
A unidade da freqüência é o hertz – (Hz). O instrumento medidor
se chama freqüencímetro.
EXEMPLOS: A freqüência da tensão das tomadas do Brasil, Colômbia e Equador,
bem como na América do Norte é de 60Hz, Nos demais países da América do Sul e
também em Portugal, Inglaterra, e outros países da Europa, a freqüência é de
50Hz.
Obs.: um motor de indução tem sua velocidade
de giro dependente diretamente da freqüência. Dessa forma, um motor feito para
60Hz, gira 16,7% menos se for ligado em freqüência de 50H.
PERÍODO – O tempo de duração de um ciclo é chamado período,
simbolizado pela letra maiúscula T. A
unidade de sua medida é o segundo –
(s)
A relação entre período e freqüência é: f = 1/T
VALOR MÁXIMO E VALOR EFICAZ – A tensão alternada produzida pelos
alternadores tem formato senoidal com valor máximo maior que o valor eficaz, que
caracteriza essa tensão. O valor máximo é igual ao produto da tensão eficaz por
raiz de dois : VMAX=VEF*√2
FASE E NEUTRO - O sistema de distribuição de energia elétrica aos
usuários residenciais é feito em tensão alternada, através de quatro
condutores, sendo um neutro e três fases. A tensão entre o neutro e qualquer
fase (chamada tensão de fase) é de 127V enquanto a tensão entre duas fases (chamada
tensão de linha) é 220V.
A relação entre a tensão de linha VL e a tensão de fase VF
é dado por VL=VF*√3
ATERRAMENTO – Por uma questão de proteção contra as descargas
atmosféricas e também como forma de melhor equilibrar a tensão das fases, o
condutor neutro é aterrado, tanto nas ruas quanto nas próprias residências,
próximo ao ponto de medição através de uma haste de aterramento, de aço
cobreado.
Na mesma haste de aterramento se liga o condutor “terra” ou PE (protection
earth), que deve percorrer toda a instalação da residência para que todos os
equipamentos ligados à rede elétrica possam ser ligados também ao condutor de
aterramento. Para a proteção dos usuários contra contatos indiretos, todos os
equipamentos elétricos com carcaça metálica devem ser aterrados. A falta do
aterramento não altera o funcionamento do equipamento.
SISTEMA MONOFÁSICO E TRIFÁSICO
A tensão alternada é a usada na geração e na distribuição da energia
elétrica.
Na distribuição de energia em baixa tensão é usado um sistema trifásico,
composto por três tensões alternadas seqüenciadas interligadas através de um de
seus terminais. O ponto comum de interligação das três tensões se chama neutro e os outros três pontos se chamam
fases. Então há três fases e um
neutro e esse terminal neutro é aterrado por proteção contra descargas
atmosféricas.
Dependendo do circuito a ser alimentado pode-se usar somente uma fase e
o neutro ( em Campos, isso significa tensão de 127V), duas fases (220V) ou as
três fases (também 220V, pois só se mede tensão entre dois pontos). A ligação
às três fases é usada em equipamentos como motores trifásicos, usados na
indústria.
Há muitas cidades em que a tensão medida entre fase e neutro (chamada
tensão de fase) é 220V e a tensão medida entre duas fases (chamada tensão de
linha) é de 380V.
O sistema trifásico é usado principalmente nas indústrias, para
alimentar equipamentos como o motor de indução trifásico.
INSTALAÇÃO ELÉTRICA PREDIAL BÁSICA.
Nas instalações básicas há as tomadas,
as luminárias e os interruptores. Os condutores que são ligados a esses
elementos são:
Nas tomadas (de uso geral- 127V) :
- terra (verde ou verde-amarelo);
- neutro (azul claro);
- fase ( outra cor, vermelho por exemplo)
Nos interruptores :
- fase;
- retorno (preferencialmente cor diferente das outras, mas pode ser a
mesma da fase).
Nas
luminárias:
- retorno;
- neutro;
MOTOR ELÉTRICO – os motores elétricos mais comuns são:
1-
Motor
CC ou de corrente contínua;
2-
Motor
universal;
3-
Motores
de corrente alternada tipo “de indução assíncrono”.
1-
MOTOR
DE CORRENTE CONTÍNUA – CC -Esse motor só funciona alimentado por tensão
contínua e tem seu sentido de rotação definido pela polaridade da tensão aplicada.
A força e a velocidade de rotação é definida pela sua construção e pelo valor
da tensão aplicada: quanto maior a tensão, mais rápido giram.
Com
exceção do tipo usado em computador, chamado motor de passo, esses motores usam
dispositivos chamados comutadores ( compostos por escova e coletor) , que por
terem grande atrito e temperatura, exigem manutenção freqüente. A facilidade de
controlar sua velocidade era o que tornava seu uso comum, porém hoje há meios
de se controlar a velocidade dos motores de corrente alternada, o que faz com
que o uso dos motores CC fique cada vez mais restrita aos motores de pequenas
máquinas e eletroeletrônicos.
2-
MOTO
UNIVERSAL – Pode ser alimentado tanto em corrente contínua quanto em corrente
alternada. Tem ótima força de giro de partida (torque de partida) é aplicado em
aspirador de pó, liquidificador, batedeira, enceradeira, máquinas manuais como
furadeira, esmerilhadeira, serras para madeira ou pedras, britadeiras etc
Esses motores também usam comutador e
por isso também exigem manutenção freqüente.
3-
MOTOR
DE CORRENTE ALTERNADA – CA - Esse motor só funciona alimentado por tensão
alternada e tem seu sentido de rotação definido pela sua construção. A força de
giro é função do valor da tensão aplicada e de sua freqüência. A velocidade de
rotação é também função da freqüência da tensão aplicada. O tipo mais comum é o
de indução assíncrono, que pode ser monofásico e trifásico.
3-1 MOTOR
DE INDUÇÃO MONOFÁSICO – Motor elétrico que só funciona em tensão alternada: uma
única tensão e por isso só precisa de dois terminais de tensão. Esse tipo é o
usado nos ventiladores e bombas d’água. O sentido de rotação desse motor é
definido por sua montagem. Esse motor precisa de um sistema para permitir sua
partida, o que em alguns casos utiliza dispositivos adicionais, como o
capacitor de partida e a chave centrífuga, dispositivos esses sujeitos a
defeitos que fazem com que esse tipo de motor tenha uma freqüência maior de
manutenção que o outro tipo, o trifásico.
3-2 MOTOR
DE INDUÇÃO TRIFÁSICO – Nesse tipo são necessárias três fases para o
funcionamento. O sentido da rotação do motor trifásico se inverte bastando para
tal que se troquem de posição duas das três fases que o alimentam.
O motor
trifásico é melhor que o monofásico, pois é menor, mais leve, é mais barato, tem
menor corrente e além de tudo isso, não precisa de acessórios de partida, o que
faz com que precise de menos manutenções que o monofásico.
No motor
trifásico a falta de uma das fases provoca aumento da corrente caso já esteja em giro. No caso de estar
parado, a corrente aumentará ainda mais, além de não girar. Em ambos os casos
há risco de queima do motor.
TIPOS DE INTERLIGAÇÃO ENTRE ELEMENTOS: SÉRIE E
PARALELO
Conforme a maneira como se interligam receptores ou geradores, esses
formam circuitos do tipo série ou do tipo paralelo.
SÉRIE
O tipo série é constituído por vários elementos que se ligam formando uma
única passagem da corrente, que então flui com um mesmo valor por todos os
elementos.
IT=I1=I2=I3=
IN
A tensão total é igual à soma das tensões dos vários elementos que
compõem a série.
VT=V1+V2+V3+VN
Em função disso, a resistência total é a soma das componentes.
RT=R1+R2+R3+RN
- Em uma instalação elétrica residencial os interruptores estão ligados
em série com as lâmpadas por eles acionadas.
PARALELO
O tipo paralelo é constituído por vários caminhos para a passagem das
cargas, todos com um mesmo ponto de saída e um mesmo ponto de chegada. Assim
todos os caminhos estão sob mesma tensão.
A corrente total que entra no circuito é igual à soma das correntes dos
elementos que compõem o circuito.
IT=I1+I2+I3+IN
A tensão que alimenta o circuito como um todo, alimenta também cada
elemento do circuito.
VT=V1=V2=V3=VN
O inverso da resistência total é igual à soma dos inversos das
resistências componentes.
1/RT=(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+(1/RN) Fazendo de dois a dois, fica RT =
R1R2 / ( R1R2)
- Em uma instalação elétrica residencial, as tomadas estão ligadas em
paralelo umas com as outras.
MAGNETISMO
O magnetismo é uma das forças básicas da natureza. Tem a propriedade de
atrair o ferro. Tal força está presente nos ímãs e também na corrente elétrica.
Cada lado do ímã é chamado pólo. O pólo norte é aquele que aponta para o
norte geográfico se o ímã puder girar livremente, ficando então o pólo sul naturalmente
apontando para o pólo geográfico sul*.
ELETROÍMÃS
A corrente elétrica apresenta em torno de si um campo
magnético que se alinha e se concentra se a corrente faz um percurso helicoidal.
Tal percurso helicoidal é conseguido ao se enrolar o condutor (precisa ser com
capa ou esmaltado) como a linha de um carretel, não necessariamente em várias
camadas.
Ao se enrolar assim o condutor forma-se um solenóide ou bobina ou ainda eletroímã.
Tal eletroímã tem um poder magnético que depende diretamente do valor da
corrente elétrica conduzida e do seu número de voltas, ou de espiras. A presença de um núcleo de ferro
também auxilia no aumento do poder magnético.
A posição dos pólos norte e sul do eletroímã depende do sentido em que a
corrente flui em torno do eixo da bobina. Olhando-se a bobina por uma das
pontas do seu eixo, se a corrente gira em sentido horário enquanto se afasta do
observador, então o observador está do lado norte da bobina, caso contrário
está do lado sul. No desenho da bobina mostrada à direita, se o negativo da
tensão fosse ligado ao terminal da esquerda, e o positivo ao outro lado, então
o norte ficaria do lado esquerdo e o sul do lado direito.
Com o eletroímã forma-se um dispositivo com o qual é possível então
criar movimento retilíneo a partir da energia elétrica, e dessa forma
fabricam-se:
- Válvulas solenóides – dispositivos de controle de fluxo de líquidos e
gases, com condição aberta ou fechada dependente da tensão elétrica aplicada em
seu eletroímã.
- Relé ou contator elétrico – elemento chaveador elétrico (interruptor)
cuja condição aberta ou fechada depende da tensão elétrica aplicada em seu
eletroímã.
- Motor elétrico – com exceção de motores eletrostáticos experimentais,
todo motor elétrico funciona baseado em eletroímãs.
OS ELETROÍMÃS EM
CORRENTE ALTERNADA.
Ligados em CA, os eletroímãs também produzem campo magnético, só que
alternado como a corrente, trocando periodicamente os pólos norte e sul entre
si. Dependendo da peça a ser atraída, o campo alternado atuará de forma similar
ao campo contínuo.
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
O campo magnético variável, como o alternado, apresenta a propriedade de
energizar as cargas elétricas dos condutores próximos colocando-as em movimento,
ou induzindo-as ao movimento. Tal campo nesse caso se chama campo indutor.
Se uma barra metálica, de ferro, por exemplo, for exposta ao campo
indutor, terá as suas cargas elétricas livres postas em movimento, produzindo
então através dessa barra uma corrente elétrica (corrente induzida) que produzirá
seu aquecimento.
- Em manutenção mecânica há uma
aplicação importante desse princípio: o aquecedor indutivo. Tal aquecedor é um
equipamento elétrico que tem a função de aquecer peças metálicas, principalmente
rolamentos, dilatando-os para facilitar sua montagem e desmontagem.
INDUTOR
A bobina quando alimentada por tensão alternada pode ter portanto outras
aplicações que não sejam a de eletroímã e nessas ocasiões recebe a denominação
de INDUTOR
TRANSFORMADOR
Se dois
indutores forem montados em um mesmo núcleo, forma-se um transformador. Quando
um dos indutores é alimentado por tensão alternada recebe o nome de primário do
transformador e induz movimentos de cargas elétricas no outro indutor, chamado
de secundário do transformador. A movimentação das cargas no secundário dá
origem a uma tensão nos seus terminais, chamada tensão secundária.
A tensão
secundária depende da tensão primária e dos números de voltas (ou espiras)
tanto de um quanto do outro indutor.
O transformador é usado tanto para
gerar tensão:
- maior que a aplicada no primário, sendo
chamado de transformador elevador;
- menor que a aplicada no primário, seu nome
então é transformador abaixador
No secundário
do abaixador, a capacidade de corrente é maior que a solicitada no primário.
Já no
transformador elevador a corrente do primário é maior que a do secundário.
Essa é uma
aplicação em manutenção mecânica, pois as máquinas de solda elétrica têm alta
corrente para fazer a soldagem, e essa alta corrente é muito superior ao valor
solicitado pela máquina à tomada que a energiza, pois a máquina de solda
elétrica é basicamente um transformador abaixador. Então o secundário do
transformador abaixador da máquina de solda tem tensão bem menor que a do
primário (nem dá choque, se a máquina estiver normal) enquanto a corrente
possível é bem maior que a que circula no primário.
Nas ruas vemos transformadores nos postes. Esses são abaixadores, de
13800V para 127V e 220V
REATÂNCIA E IMPEDÂNCIA
Quando alimentados por tensão alternada, os eletroímãs apresentam um
efeito similar ao da resistência, que reduz o valor da corrente elétrica:
chama-se reatância indutiva, representada por XL e que
também tem como unidade o ohm, Ω (como a resistência).
A reatância difere da resistência por várias razões, entre elas o fato
de que seu valor varia em função da freqüência da tensão.
Assim, além da resistência, o condutor caso esteja em forma
de bobina apresenta também a reatância como razão entre tensão e corrente. A
razão entre tensão e corrente resultante, já que há tanto resistência quanto reatância,
é chamada impedância, simbolizada por Z e medida também na unidade ohm, Ω .
Se o núcleo das bobinas for de ferro, concentra o campo magnético criado
pela corrente, produzindo um eletroímã mais forte. O núcleo também altera a
impedância da bobina, produzindo uma impedância muito maior que sem núcleo.
EXERCÍCIOS
1) Determine a quantidade de energia
dada a 15C
por um gerador de 1,5V E=VQ=1,5x15=22,5J
2) Qual o valor de tensão é necessário
para doar 1200J a um total de carga de 100C ? V=E/Q=1200/100=12V
3) Quantos coulombs são necessários
para transportar 48000J a partir de uma fonte de 12V ? Q=E/V=4800/12=400C
4) Em um dado gerador, Cada três unidades de
carga que fluem por um dado gerador recebem 24J de energia. Qual o valor de
tensão desse gerador? V=E/Q=24/3=8V
5) Qual o valor de corrente de um
aquecedor de 2800W que funciona em 220V ? I=P/V=2800/220=12,7272A
6) Qual o valor de tensão necessário
para que uma corrente de 10A transporte 1500W ?
? V=P/I=1500/10=150V
7) Com 4A e 120V, qual o valor de
potência transferida pelas cargas? P=VxI=120x4=480W
8) Determine a potência total de uma
residência em que estão ligadas 8 lâmpadas de 18W , um computador de 200W e um
aquecedor de 1100W. P=8x18+200+1100=1444W
9) Quantos reais custará a energia
mensal (30 dias) de uma residência cuja potência total é de 4500W ligados por 8
horas por dia, considerando R$0,60 por kWh ? Custototal=Energia x
custounitário=Potência x tempo x custo unitário = 4,5 x 8 x 30 x 0,6 = 648
reais
10) Qual o valor de resistência de um
circuito alimentado por 6V e percorrido por 0,05A? R=V/I=6/0,05=120 Ω
11) Converta para ampère os valores a
seguir:
a. 400mA 0,4A
b. 800μA 0,0008A
c. 2,3kA 2300A
12) Converta para coulomb os valores a
seguir:
a. 120mC 0,12C
b. 80μC 0,00008C
c. 2300μC 0,0023C
13) Calcule a corrente de uma lâmpada de
2Ω ligada a uma bateria de 9V. I=V/R=9/2=4,5A
14) Calcule a tensão necessária para
fazer fluir 20A na lâmpada de 2Ω. V=RxI=2x20=40V
15) Determine a resistência de um
circuito que ligado a 24V é percorrido por corrente de 0,15A. R=V/I=24/0,15=160Ω
a. Qual o valor da potência
desenvolvida no circuito da questão anterior? P=VxI=24x0,15=3,6W
b.
Qual o valor da potência transferida pelo gerador ao circuito receptor? É a mesma absorvida pelo circuito, já que considera-se até
aqui o gerador ideal : 3,6W
c. Qual o valor da energia transferida
pelo gerador ao circuito receptor ao longo de 30s? E=Pxt=3,6x30=108J
d. Considere um chuveiro de 6000W
ligado durante 30min. Determine a energia consumida (em joules) ao longo do
tempo considerado. E= Pxt=6000x30x60=10800000 J
16) Calcule a corrente de cada um dos
elementos a seguir:
a.
Chuveiro
de 6000W em 220V I=P/V=6000//220=27,2727A
b.
Chuveiro
de 6000W em 127V I=P/V=6000/127=47,24409A
c.
Aquecedor
de 1500W em 220V I=P/V=1500/220=6,8181A
d.
Aquecedor
de 1500W em 127V I=P/V=6000/127=11,818A
17) Usando a tensão e a corrente,
calcule a resistência de cada elemento da questão anterior
a.
R=V/I=220/27,2727=
8,06667Ω
b.
R=V/I=127/47,24409=
2,688Ω
c.
R=V/I=220/6,8181= 32,667Ω
d.
R=V/I=127/11,818=
10,746Ω
18) Calcule o valor de corrente que
fluiria nas resistências calculadas anteriormente, caso fossem ligadas às
tensões indicadas a seguir:
a.
Resistência
do item a ligada a 127V I=V/R=127/8,06667=
15,74379A
b.
Resistência
do item b ligada a 220V I=V/R=220/2,688= 81,845A
c.
Resistência
do item c ligada a 127V I=V/R=127/32,667=
3,8877A
d.
Resistência
do item d ligada a 220V I=V/R=220/10,746= 20,4727A
A unidade de energia utilizada na cobrança das
distribuidoras de energia é o quilowatt hora (kWh), cujo valor é encontrado
pelo produto da energia pelo tempo (como feito na questão anterior), porém
utilizando como unidade de potência o quilowatt e como unidade de tempo a hora.
Cada kWh vale 3600000J.
19) Considere um circuito de 6000W .
Calcule quanto se gastaria (em quilowatt-hora ) e quanto se pagaria (em R$) pela
energia gasta em 30 dias por um circuito de 6000W, fazendo duas utilizações de
meia hora por dia, ao custo de R$0,47 cada kWh
Potência = 6kW;
tempo=0,5 por dia=30x0,5=15hs em 30 dias;
E=Pxt=6x15=90kWh;
Custototal=
Energia total x preço do kWh = 90 x 0,47 = R$ 433,00
20) Determine quantos quilowatt-hora são
gastos por alguém cuja conta do mês é R$220,00 (considere o valor de R$0,47 cada
kWh). E=Custototal/Custounitário = 220/0,47=
468,085kWh
21) Calcule o tempo de duração de cada
ciclo dos sistemas de 50Hz e de 60Hz. T=Custototal/Custounitário
= 220/0,47= 468,085kWh
22) Quais são os condutores que devem
chegar a uma tomada de uso geral (Campos) fase,
neutro, terra.
23) Em uma luminária comandada por
interruptor simples, devem chegar três condutores. Quais são eles? retorno, neutro, terra.
24) Um equipamento ligado a uma tomada
para a qual não foi colocado o condutor terra (PE), funciona perfeitamente. Qual
então é a função desse condutor ? .apenas proteção.
25) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em série, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω ? 60Ω , 80Ω e 100Ω
26) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em paralelo, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω? 13,667Ω , 15Ω e 24Ω
27) Calcule a resistência total e a
corrente que circularia pelo circuito série formado pelos elementos de 20Ω e
40Ω sendo a série alimentada por 120V 60Ω , 2A
28) De posse do valor de corrente e dos
valores de resistência dos elementos, calcule a tensão (ou queda de tensão)
desenvolvida nos terminais de cada um dos elementos da questão anterior. V=RxI=20x2=120V; V= RxI=40x2=240V;
29) Calcule a resistência total, a
corrente total e a corrente de cada elemento da associação paralela formada pelos
elementos de 20Ω e 40Ω , estando a associação alimentada por 120V Req=20x40/20+40=13,33Ω; Ieq=V/Req = 120/13,33=9A; I20=V/R20 = 120/20=6A; I40=V/R40 =
120/40=3A;
30) Considere o mesmo circuito anterior
percorrido por uma corrente total de 15A. Calcule a tensão total e a partir
desta, a corrente de cada elemento. Req=20x40/20+40=13,33Ω; VT
= Req x I= 13,33 x 15 = 199,95V; I20=VT/R20 =
199,95/20=9,9975A; I40=VT/R40
= 199,95/40=4,99875A;
31) Calcule a potência total
desenvolvida em cada uma das quatro questões anteriores. PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; . PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; .
PT = VT x IT =
120 x 6 = 720W ; . PT = VT
x IT = 199,94 x 15 = 2999,1W ;
32)
Dado um circuito série, composto por uma resistência de 1Ω e
uma de 19Ω , alimentado por 120V, calcule a corrente total (que é a mesma de
cada um), a tensão de cada um dos elementos, a potência de cada elemento e a
total. Req
= 1 + 19 = 20Ω; IT=VT
/ Req = 120/20=6A; V1=
R1 x IT = 1 x 6 = 6V;
V2 = R2 x IT = 19 x 6 = 114V;
33)
Reconsidere
o circuito anterior, que agora recebe um elemento de 5Ω associado em paralelo apenas
com o elemento de 19Ω. Calcule a resistência total, a corrente total, a tensão
de cada um dos elementos, a corrente de cada elemento, a potência de cada
elemento e a total. Req5//19 = 5x9 / (5+1) = 3,95833Ω; Reqtototal
= 1+3,95833 = 4,95833 Ω; IT = VT / Req = 120/4,95833 =
24,2017; V1 = R1 x
IT = 1 x 24,2017 = 24,2017V ;
V2= Req 5//19
x IT = 3,95833 x 24,2017= 95,79832V; I19
=
V19 / R19 = 95,79832 / 19 = 5,42017A; = V5 / R5
= 95,79832 / 5 = 19,15696A
34) Um condutor de cobre de 2,5mm² de
secção e 100m de comprimento liga um aquecedor de 1,5Ω a um gerador de 127V. Calcule a resistência
do condutor, a resistência total do circuito, a potência de cada elemento e a
total.
R= ρ L/S = 0,0178
x 100/2,5 = 0,712Ω
RT=0,712+1,5
= 2,212Ω
IT= 120 / 2,212
= 54,25A ;
Vcond
= 0,712 x 54,25 = 38,6V ; Vaquec = 1,5 x 54,25 = 81,375V ; Pcond
= Vcond x Icond = 38,6 x 54,25= 2094,05W
; Paquec = Vaquec x Iaquec = 81,375 x 54,25= 4414,59W
ELETRICIDADE
CIRCUITO ELÉTRICO – é o conjunto de elementos percorridos
pelas cargas elétricas (nos sólidos, a carga é transportada pelos elétrons). As
cargas ganham energia nos geradores e a deixam nos receptores.
GERADOR ELÉTRICO – é
o equipamento que transforma uma forma de energia (E) não elétrica em energia
elétrica, que energiza as cargas elétricas. Exemplo de gerador: o alternador do
automóvel, a pilha, a bateria.
RECEPTOR ELÉTRICO – é o que transforma a energia elétrica,
transportada pelas cargas elétricas, em uma outra forma de energia, não
elétrica (mecânica, luminosa, térmica
etc).
CONDUTOR
ELÉTRICO – pode ser entendido como um elemento do circuito elétrico, que tem a
função de transportar as cargas elétricas entre o gerador e o receptor. Como
adjetivo, é o material no qual as cargas são muito facilmente postas em
movimento. É o caso dos metais, cujo tipo que mais facilmente transporta as
cargas elétricas é a prata, seguida do cobre, do ouro e do alumínio.
CARGA ELÉTRICA - Quando um corpo neutro
perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” (Q) que mede o
desequilíbrio entre a quantidade de elétrons e de prótons do corpo em questão. A unidade da
carga elétrica é o COULOMB, C, correspondente
a uma quantidade de 6,28 x 1018 (6280000000000000000) elétrons.
POTENCIAL ELÉTRICO – Quando um corpo
neutro perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” e tem então a
capacidade energizar elétrons próximos, atraíndo-os ou repelindo-os. Essa
capacidade é chamada potencial elétrico.
TENSÃO ELÉTRICA - O sentido e a
intensidade do movimento da carga elétrica são determinados pela diferença de
potencial a qual esta carga estiver submetida. A diferença de potencial (ddp) é
também chamada tensão e também por força eletro-motriz, por ser a mesma
responsável pelo movimento das cargas elétricas. A grandeza tensão elétrica é
simbolizada pelas letras V (geral), E (fontes) ou U (nos receptores).
A unidade de tensão
elétrica é o VOLT - V. Uma unidade de volt é igual à
energização de um joule (J - unidade
de energia) para cada coulomb (C - unidade
de carga), ou seja V=E/Q Como a
tensão é quantidade de energia por carga, quanto maior a tensão, maior a
potência transferida.
O instrumento medidor
de tensão é o voltímetro. Para fazer
a medição os terminais ou ponteiras desse medidor devem ser ligadas nos
terminais do circuito em
teste. Tal ligação se chama paralela.
CORRENTE ELÉTRICA – o
fluxo de cargas elétricas se chama corrente elétrica, cuja intensidade no tempo
(coulombs por segundo) se simboliza pela letra maiúscula I. Então I=Q/t.
Como as cargas transportam energia,
quanto maior for a corrente, maior a potência transferida.
A unidade de
intensidade de corrente é o AMPÈRE –
A – equivalente a um coulomb por
segundo.
O instrumento medidor
de corrente é o amperímetro. Esse instrumento
para ser instalado, precisa que o circuito a ser testado seja interrompido e
religado através dos terminais, ou ponteiras, do medidor. Tal ligação se chama
ligação série.
Os condutores
elétricos precisam ser mais grossos quando conduzem maior valor de corrente
elétrica.
POTÊNCIA ELÉTRICA
– A carga elétrica exige energia para fluir por um circuito que lhe impõe
dificuldade ao fluxo. A quantidade de energia transferida a cada unidade de
tempo é chamado potência elétrica, simbolizada pela letra maiúscula P.
Como cada unidade de carga transporta uma quantidade de
energia numericamente igual à tensão do gerador (tensão=energia por carga) e
como a intensidade de corrente é a quantidade de cargas por segundo
(corrente=carga por tempo), tem-se que a potência ( que é a energia
transportada por tempo) fica igual ao produto da tensão pela corrente.
A unidade de potência
é o WATT – W ( pronuncia-se uót) , equivalente à
transferência de energia de um joule a cada segundo, ou joule por segundo.
A relação entre potência, corrente e tensões é: P = V*I
Se dois equipamentos, de mesma
potência, funcionam com diferentes tensões, apresentam diferentes correntes,
sendo menor corrente no de maior tensão.
Outras unidades de potências e suas equivalências
- cavalo-vapor – cv 1cv=736
- horse-power – hp 1hp=746W
- BTU/h 1BTU/h= 293,3W
ENERGIA ELÉTRICA – A
energia transferida por um equipamento ou circuito elétrico é dependente da
potência de tal equipamento e do tempo de funcionamento.
E = P*t Sendo E a energia em joule (J) ;
P a
potência em watt (W);
t o tempo
em segundo (s).
Para a cobrança da
energia elétrica são usadas outras unidades: para energia o quilowatt-hora
(kWh), para a potência o quilowatt (kW) e para o tempo a hora (h).
A conversão de joule
para quilowatt hora é conseguida pelo produto do valor em joule por 3600000.
RESISTÊNCIA ELÉTRICA
– Ao se aplicar uma diferença de potencial (tensão) aos extremos de um circuito
elétrico, há um fluxo de cargas, cuja intensidade (corrente) depende não só da
tensão aplicada, mas também de uma característica do circuito, chamada resistência elétrica. A resistência
elétrica é simbolizada pela letra maiúscula R.
A
grandeza resistência equivale à razão entre a tensão aplicada e a corrente que
flui (V/I). A unidade de resistência elétrica é o OHM – Ω . Cada ohm (Ω) é o valor de tensão necessária (em
volt –V) para produzir um ampère (1A)
A relação entre corrente, tensão e resistência
chama-se lei de OHM: V= R*I
O instrumento medidor de resistência elétrica se chama
ohmímetro. Um ohmímetro só pode ser
ligado a um circuito que não esteja energizado.
Obs. 1: Os amperímetros precisam ser ligados de modo a formar
com o circuito medido um só percurso de corrente (chama-se associação série) e
para não alterar a corrente medida, têm resistência elétrica baixíssima. Tal
característica faz com que a ligação de um amperímetro diretamente a uma fonte
de tensão produza grande corrente, sendo um grande risco de graves acidentes.
Obs.2: Se uma mesma resistência é ligada a diferentes
valores de tensão, terá então diferentes correntes, proporcionais aos valores
de tensão.
Obs. 3: Ao atravessar uma resistência, as cargas têm
sua energia elétrica transformada em térmica por um efeito que recebe o nome de
efeito Joule e tem uma potência de P= R*I². Essa é a forma pela qual se determina a potência perdida em um
condutor de resistência R, pelo qual flui uma determinada corrente I.
RESISTIVIDADE -
A resistência em cada unidade de comprimento e de área de secção
transversal é chamada resistividade ou resistência específica. Tal valor varia
conforme o material. Essa grandeza é simbolizada pela letra grega ρ (rô). A
resistência é tão maior quanto maior for o comprimento e menor for a área da
secção.
R= ρ L/S onde L é o
comprimento e S a área de secção. O de ρ sendo em
Ωmm²/m , o
comprimento L deve estar em metro e a área em milímetro quadrado.
RESISTOR – é o nome do dispositivo fabricado para
fornecer resistência elétrica.
Obs.:O elemento resistivo do chuveiro elétrico seria
mais apropriadamente chamado resistor, pois é um dispositivo e não uma
grandeza.
O resistor é utilizado para :
1- produzir calor;
2- limitar corrente;
3- dividir tensão;
4- dividir corrente.
A seguir vêm-se as fórmulas pelas quais se calculam os
valores de resistência e de potência do
resistor para cada aplicação. O valor de resistência encontrado deve ser o
valor a ser utilizado e o valor de potência encontrado deve ser o mínimo para o
resistor a ser usado, então a potência do resistor pode ser maior que a
calculada.
1- Como produtor de calor, é necessário conhecer a
potência térmica desejada, P, e a tensão
disponível, V. O valor da resistência será dado por R = V² / P
2- Como limitador de corrente, basta conhecer a tensão
disponível , V, e a corrente I desejada:
R=V/I
3- Como divisor de tensão o resistor deve ser
calculado a partir dos valores de tensão disponível VT , da tensão
desejada VR , e da corrente desejada IR. : RS=(VT-VR)
/ IR
4- Para ser usado como divisor de corrente, deve ser
levado em conta o valor de tensão total, de corrente total e da corrente
desejada: RP = VT / (IT-IR)
Sempre que flui corrente por uma
resistência é produzido calor na taxa de, e isso é aproveitado nos
dispositivos limitadores de corrente.
SOBRECORRENTE
E CURTO-CIRCUITO
Os
valores de corrente que estão acima do valor nominal para o circuito são
considerados sobrecorrente, que produz
calor (P = R I² ) e
temperatura acima do suportado pelo circuito, o que pode levar a danos e
destruições. Além do calor, a corrente elétrica está associada a campos
magnéticos, que produzem forças que podem vir também a provocar destruições nos
circuitos elétricos.
Se os terminais de um gerador são
interligados pelos elementos que deveriam servir apenas de condutores para a
energia a ser usada nos receptores elétricos, então a sobrecorrente resultante
é considerada um curto-circuito.
Para evitar os danos provenientes das
sobrecorrentes, as mesmas devem ter sua duração limitada, o que é feito pelos fusíveis e pelos disjuntores.
FUSÍVEL
Fazendo uso do calor produzido pelo fluxo da corrente, é fabricado um
elemento de material e dimensões controladas de modo que o calor produzido pela
passagem de corrente de determinado valor o faz fundir, interrompendo a
corrente: é o fusível. A função do
fusível é impedir a continuidade da corrente de valor acima daquele para o qual
foi fabricado, interrompendo-a em um tempo tão curto que não chega a destruir
os circuitos pelos quais fluia antes do aumento. A fusão do fusível o destrói
fazendo com que deva ser substituído.
DISJUNTOR
Esse
elemento também funciona baseado na temperatura desenvolvida pela passagem da
corrente, embora também use outro princípio de funcionamento, chamado
magnético. O disjuntor tem a mesma função do fusível, que é limitar o tempo de
passagem da corrente com valor acima do normal. Tem a grande vantagem de ser
rearmável, ou seja após o uso ele pode voltar a ser usado.
CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA
Os geradores que energizam as cargas impelindo-as sempre no mesmo
sentido são chamados geradores de corrente contínua (CC ou DC). Esses geradores têm pólo
positivo e pólo negativo definidos e fixos. É o caso das pilhas e
baterias.
Os geradores que energizam as cargas de invertendo periodicamente o
sentido do movimento imposto, são chamados geradores de corrente alternada (CA ou AC). É o caso dos alternadores.
Nesses geradores não se tem um pólo positivo e um negativo fixos como no
caso dos geradores de corrente contínua e sim pólos que se invertem
periodicamente. Nesses, chamam-se os pólos, ou terminais, de A e B, ou de 1 e 2.
Há ainda a denominação fase e neutro, embora essa denominação se justifique
mais nos sistemas em que há mais de uma tensão, como ocorre nos sistemas trifásicos
usados para a distribuição de energia elétrica.
FREQÜÊNCIA - A quantidade de vezes que a tensão ou a corrente
completa um ciclo de alternância a cada segundo é denominada freqüência,
simbolizada pela letra minúscula f.
A unidade da freqüência é o hertz – (Hz). O instrumento medidor
se chama freqüencímetro.
EXEMPLOS: A freqüência da tensão das tomadas do Brasil, Colômbia e Equador,
bem como na América do Norte é de 60Hz, Nos demais países da América do Sul e
também em Portugal, Inglaterra, e outros países da Europa, a freqüência é de
50Hz.
Obs.: um motor de indução tem sua velocidade
de giro dependente diretamente da freqüência. Dessa forma, um motor feito para
60Hz, gira 16,7% menos se for ligado em freqüência de 50H.
PERÍODO – O tempo de duração de um ciclo é chamado período,
simbolizado pela letra maiúscula T. A
unidade de sua medida é o segundo –
(s)
A relação entre período e freqüência é: f = 1/T
VALOR MÁXIMO E VALOR EFICAZ – A tensão alternada produzida pelos
alternadores tem formato senoidal com valor máximo maior que o valor eficaz, que
caracteriza essa tensão. O valor máximo é igual ao produto da tensão eficaz por
raiz de dois : VMAX=VEF*√2
FASE E NEUTRO - O sistema de distribuição de energia elétrica aos
usuários residenciais é feito em tensão alternada, através de quatro
condutores, sendo um neutro e três fases. A tensão entre o neutro e qualquer
fase (chamada tensão de fase) é de 127V enquanto a tensão entre duas fases (chamada
tensão de linha) é 220V.
A relação entre a tensão de linha VL e a tensão de fase VF
é dado por VL=VF*√3
ATERRAMENTO – Por uma questão de proteção contra as descargas
atmosféricas e também como forma de melhor equilibrar a tensão das fases, o
condutor neutro é aterrado, tanto nas ruas quanto nas próprias residências,
próximo ao ponto de medição através de uma haste de aterramento, de aço
cobreado.
Na mesma haste de aterramento se liga o condutor “terra” ou PE (protection
earth), que deve percorrer toda a instalação da residência para que todos os
equipamentos ligados à rede elétrica possam ser ligados também ao condutor de
aterramento. Para a proteção dos usuários contra contatos indiretos, todos os
equipamentos elétricos com carcaça metálica devem ser aterrados. A falta do
aterramento não altera o funcionamento do equipamento.
SISTEMA MONOFÁSICO E TRIFÁSICO
A tensão alternada é a usada na geração e na distribuição da energia
elétrica.
Na distribuição de energia em baixa tensão é usado um sistema trifásico,
composto por três tensões alternadas seqüenciadas interligadas através de um de
seus terminais. O ponto comum de interligação das três tensões se chama neutro e os outros três pontos se chamam
fases. Então há três fases e um
neutro e esse terminal neutro é aterrado por proteção contra descargas
atmosféricas.
Dependendo do circuito a ser alimentado pode-se usar somente uma fase e
o neutro ( em Campos, isso significa tensão de 127V), duas fases (220V) ou as
três fases (também 220V, pois só se mede tensão entre dois pontos). A ligação
às três fases é usada em equipamentos como motores trifásicos, usados na
indústria.
Há muitas cidades em que a tensão medida entre fase e neutro (chamada
tensão de fase) é 220V e a tensão medida entre duas fases (chamada tensão de
linha) é de 380V.
O sistema trifásico é usado principalmente nas indústrias, para
alimentar equipamentos como o motor de indução trifásico.
INSTALAÇÃO ELÉTRICA PREDIAL BÁSICA.
Nas instalações básicas há as tomadas,
as luminárias e os interruptores. Os condutores que são ligados a esses
elementos são:
Nas tomadas (de uso geral- 127V) :
- terra (verde ou verde-amarelo);
- neutro (azul claro);
- fase ( outra cor, vermelho por exemplo)
Nos interruptores :
- fase;
- retorno (preferencialmente cor diferente das outras, mas pode ser a
mesma da fase).
Nas
luminárias:
- retorno;
- neutro;
MOTOR ELÉTRICO – os motores elétricos mais comuns são:
1-
Motor
CC ou de corrente contínua;
2-
Motor
universal;
3-
Motores
de corrente alternada tipo “de indução assíncrono”.
1-
MOTOR
DE CORRENTE CONTÍNUA – CC -Esse motor só funciona alimentado por tensão
contínua e tem seu sentido de rotação definido pela polaridade da tensão aplicada.
A força e a velocidade de rotação é definida pela sua construção e pelo valor
da tensão aplicada: quanto maior a tensão, mais rápido giram.
Com
exceção do tipo usado em computador, chamado motor de passo, esses motores usam
dispositivos chamados comutadores ( compostos por escova e coletor) , que por
terem grande atrito e temperatura, exigem manutenção freqüente. A facilidade de
controlar sua velocidade era o que tornava seu uso comum, porém hoje há meios
de se controlar a velocidade dos motores de corrente alternada, o que faz com
que o uso dos motores CC fique cada vez mais restrita aos motores de pequenas
máquinas e eletroeletrônicos.
2-
MOTO
UNIVERSAL – Pode ser alimentado tanto em corrente contínua quanto em corrente
alternada. Tem ótima força de giro de partida (torque de partida) é aplicado em
aspirador de pó, liquidificador, batedeira, enceradeira, máquinas manuais como
furadeira, esmerilhadeira, serras para madeira ou pedras, britadeiras etc
Esses motores também usam comutador e
por isso também exigem manutenção freqüente.
3-
MOTOR
DE CORRENTE ALTERNADA – CA - Esse motor só funciona alimentado por tensão
alternada e tem seu sentido de rotação definido pela sua construção. A força de
giro é função do valor da tensão aplicada e de sua freqüência. A velocidade de
rotação é também função da freqüência da tensão aplicada. O tipo mais comum é o
de indução assíncrono, que pode ser monofásico e trifásico.
3-1 MOTOR
DE INDUÇÃO MONOFÁSICO – Motor elétrico que só funciona em tensão alternada: uma
única tensão e por isso só precisa de dois terminais de tensão. Esse tipo é o
usado nos ventiladores e bombas d’água. O sentido de rotação desse motor é
definido por sua montagem. Esse motor precisa de um sistema para permitir sua
partida, o que em alguns casos utiliza dispositivos adicionais, como o
capacitor de partida e a chave centrífuga, dispositivos esses sujeitos a
defeitos que fazem com que esse tipo de motor tenha uma freqüência maior de
manutenção que o outro tipo, o trifásico.
3-2 MOTOR
DE INDUÇÃO TRIFÁSICO – Nesse tipo são necessárias três fases para o
funcionamento. O sentido da rotação do motor trifásico se inverte bastando para
tal que se troquem de posição duas das três fases que o alimentam.
O motor
trifásico é melhor que o monofásico, pois é menor, mais leve, é mais barato, tem
menor corrente e além de tudo isso, não precisa de acessórios de partida, o que
faz com que precise de menos manutenções que o monofásico.
No motor
trifásico a falta de uma das fases provoca aumento da corrente caso já esteja em giro. No caso de estar
parado, a corrente aumentará ainda mais, além de não girar. Em ambos os casos
há risco de queima do motor.
TIPOS DE INTERLIGAÇÃO ENTRE ELEMENTOS: SÉRIE E
PARALELO
Conforme a maneira como se interligam receptores ou geradores, esses
formam circuitos do tipo série ou do tipo paralelo.
SÉRIE
O tipo série é constituído por vários elementos que se ligam formando uma
única passagem da corrente, que então flui com um mesmo valor por todos os
elementos.
IT=I1=I2=I3=
IN
A tensão total é igual à soma das tensões dos vários elementos que
compõem a série.
VT=V1+V2+V3+VN
Em função disso, a resistência total é a soma das componentes.
RT=R1+R2+R3+RN
- Em uma instalação elétrica residencial os interruptores estão ligados
em série com as lâmpadas por eles acionadas.
PARALELO
O tipo paralelo é constituído por vários caminhos para a passagem das
cargas, todos com um mesmo ponto de saída e um mesmo ponto de chegada. Assim
todos os caminhos estão sob mesma tensão.
A corrente total que entra no circuito é igual à soma das correntes dos
elementos que compõem o circuito.
IT=I1+I2+I3+IN
A tensão que alimenta o circuito como um todo, alimenta também cada
elemento do circuito.
VT=V1=V2=V3=VN
O inverso da resistência total é igual à soma dos inversos das
resistências componentes.
1/RT=(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+(1/RN) Fazendo de dois a dois, fica RT =
R1R2 / ( R1R2)
- Em uma instalação elétrica residencial, as tomadas estão ligadas em
paralelo umas com as outras.
MAGNETISMO
O magnetismo é uma das forças básicas da natureza. Tem a propriedade de
atrair o ferro. Tal força está presente nos ímãs e também na corrente elétrica.
Cada lado do ímã é chamado pólo. O pólo norte é aquele que aponta para o
norte geográfico se o ímã puder girar livremente, ficando então o pólo sul naturalmente
apontando para o pólo geográfico sul*.
ELETROÍMÃS
A corrente elétrica apresenta em torno de si um campo
magnético que se alinha e se concentra se a corrente faz um percurso helicoidal.
Tal percurso helicoidal é conseguido ao se enrolar o condutor (precisa ser com
capa ou esmaltado) como a linha de um carretel, não necessariamente em várias
camadas.
Ao se enrolar assim o condutor forma-se um solenóide ou bobina ou ainda eletroímã.
Tal eletroímã tem um poder magnético que depende diretamente do valor da
corrente elétrica conduzida e do seu número de voltas, ou de espiras. A presença de um núcleo de ferro
também auxilia no aumento do poder magnético.
A posição dos pólos norte e sul do eletroímã depende do sentido em que a
corrente flui em torno do eixo da bobina. Olhando-se a bobina por uma das
pontas do seu eixo, se a corrente gira em sentido horário enquanto se afasta do
observador, então o observador está do lado norte da bobina, caso contrário
está do lado sul. No desenho da bobina mostrada à direita, se o negativo da
tensão fosse ligado ao terminal da esquerda, e o positivo ao outro lado, então
o norte ficaria do lado esquerdo e o sul do lado direito.
Com o eletroímã forma-se um dispositivo com o qual é possível então
criar movimento retilíneo a partir da energia elétrica, e dessa forma
fabricam-se:
- Válvulas solenóides – dispositivos de controle de fluxo de líquidos e
gases, com condição aberta ou fechada dependente da tensão elétrica aplicada em
seu eletroímã.
- Relé ou contator elétrico – elemento chaveador elétrico (interruptor)
cuja condição aberta ou fechada depende da tensão elétrica aplicada em seu
eletroímã.
- Motor elétrico – com exceção de motores eletrostáticos experimentais,
todo motor elétrico funciona baseado em eletroímãs.
OS ELETROÍMÃS EM
CORRENTE ALTERNADA.
Ligados em CA, os eletroímãs também produzem campo magnético, só que
alternado como a corrente, trocando periodicamente os pólos norte e sul entre
si. Dependendo da peça a ser atraída, o campo alternado atuará de forma similar
ao campo contínuo.
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
O campo magnético variável, como o alternado, apresenta a propriedade de
energizar as cargas elétricas dos condutores próximos colocando-as em movimento,
ou induzindo-as ao movimento. Tal campo nesse caso se chama campo indutor.
Se uma barra metálica, de ferro, por exemplo, for exposta ao campo
indutor, terá as suas cargas elétricas livres postas em movimento, produzindo
então através dessa barra uma corrente elétrica (corrente induzida) que produzirá
seu aquecimento.
- Em manutenção mecânica há uma
aplicação importante desse princípio: o aquecedor indutivo. Tal aquecedor é um
equipamento elétrico que tem a função de aquecer peças metálicas, principalmente
rolamentos, dilatando-os para facilitar sua montagem e desmontagem.
INDUTOR
A bobina quando alimentada por tensão alternada pode ter portanto outras
aplicações que não sejam a de eletroímã e nessas ocasiões recebe a denominação
de INDUTOR
TRANSFORMADOR
Se dois
indutores forem montados em um mesmo núcleo, forma-se um transformador. Quando
um dos indutores é alimentado por tensão alternada recebe o nome de primário do
transformador e induz movimentos de cargas elétricas no outro indutor, chamado
de secundário do transformador. A movimentação das cargas no secundário dá
origem a uma tensão nos seus terminais, chamada tensão secundária.
A tensão
secundária depende da tensão primária e dos números de voltas (ou espiras)
tanto de um quanto do outro indutor.
O transformador é usado tanto para
gerar tensão:
- maior que a aplicada no primário, sendo
chamado de transformador elevador;
- menor que a aplicada no primário, seu nome
então é transformador abaixador
No secundário
do abaixador, a capacidade de corrente é maior que a solicitada no primário.
Já no
transformador elevador a corrente do primário é maior que a do secundário.
Essa é uma
aplicação em manutenção mecânica, pois as máquinas de solda elétrica têm alta
corrente para fazer a soldagem, e essa alta corrente é muito superior ao valor
solicitado pela máquina à tomada que a energiza, pois a máquina de solda
elétrica é basicamente um transformador abaixador. Então o secundário do
transformador abaixador da máquina de solda tem tensão bem menor que a do
primário (nem dá choque, se a máquina estiver normal) enquanto a corrente
possível é bem maior que a que circula no primário.
Nas ruas vemos transformadores nos postes. Esses são abaixadores, de
13800V para 127V e 220V
REATÂNCIA E IMPEDÂNCIA
Quando alimentados por tensão alternada, os eletroímãs apresentam um
efeito similar ao da resistência, que reduz o valor da corrente elétrica:
chama-se reatância indutiva, representada por XL e que
também tem como unidade o ohm, Ω (como a resistência).
A reatância difere da resistência por várias razões, entre elas o fato
de que seu valor varia em função da freqüência da tensão.
Assim, além da resistência, o condutor caso esteja em forma
de bobina apresenta também a reatância como razão entre tensão e corrente. A
razão entre tensão e corrente resultante, já que há tanto resistência quanto reatância,
é chamada impedância, simbolizada por Z e medida também na unidade ohm, Ω .
Se o núcleo das bobinas for de ferro, concentra o campo magnético criado
pela corrente, produzindo um eletroímã mais forte. O núcleo também altera a
impedância da bobina, produzindo uma impedância muito maior que sem núcleo.
EXERCÍCIOS
1) Determine a quantidade de energia
dada a 15C
por um gerador de 1,5V E=VQ=1,5x15=22,5J
2) Qual o valor de tensão é necessário
para doar 1200J a um total de carga de 100C ? V=E/Q=1200/100=12V
3) Quantos coulombs são necessários
para transportar 48000J a partir de uma fonte de 12V ? Q=E/V=4800/12=400C
4) Em um dado gerador, Cada três unidades de
carga que fluem por um dado gerador recebem 24J de energia. Qual o valor de
tensão desse gerador? V=E/Q=24/3=8V
5) Qual o valor de corrente de um
aquecedor de 2800W que funciona em 220V ? I=P/V=2800/220=12,7272A
6) Qual o valor de tensão necessário
para que uma corrente de 10A transporte 1500W ?
? V=P/I=1500/10=150V
7) Com 4A e 120V, qual o valor de
potência transferida pelas cargas? P=VxI=120x4=480W
8) Determine a potência total de uma
residência em que estão ligadas 8 lâmpadas de 18W , um computador de 200W e um
aquecedor de 1100W. P=8x18+200+1100=1444W
9) Quantos reais custará a energia
mensal (30 dias) de uma residência cuja potência total é de 4500W ligados por 8
horas por dia, considerando R$0,60 por kWh ? Custototal=Energia x
custounitário=Potência x tempo x custo unitário = 4,5 x 8 x 30 x 0,6 = 648
reais
10) Qual o valor de resistência de um
circuito alimentado por 6V e percorrido por 0,05A? R=V/I=6/0,05=120 Ω
11) Converta para ampère os valores a
seguir:
a. 400mA 0,4A
b. 800μA 0,0008A
c. 2,3kA 2300A
12) Converta para coulomb os valores a
seguir:
a. 120mC 0,12C
b. 80μC 0,00008C
c. 2300μC 0,0023C
13) Calcule a corrente de uma lâmpada de
2Ω ligada a uma bateria de 9V. I=V/R=9/2=4,5A
14) Calcule a tensão necessária para
fazer fluir 20A na lâmpada de 2Ω. V=RxI=2x20=40V
15) Determine a resistência de um
circuito que ligado a 24V é percorrido por corrente de 0,15A. R=V/I=24/0,15=160Ω
a. Qual o valor da potência
desenvolvida no circuito da questão anterior? P=VxI=24x0,15=3,6W
b.
Qual o valor da potência transferida pelo gerador ao circuito receptor? É a mesma absorvida pelo circuito, já que considera-se até
aqui o gerador ideal : 3,6W
c. Qual o valor da energia transferida
pelo gerador ao circuito receptor ao longo de 30s? E=Pxt=3,6x30=108J
d. Considere um chuveiro de 6000W
ligado durante 30min. Determine a energia consumida (em joules) ao longo do
tempo considerado. E= Pxt=6000x30x60=10800000 J
16) Calcule a corrente de cada um dos
elementos a seguir:
a.
Chuveiro
de 6000W em 220V I=P/V=6000//220=27,2727A
b.
Chuveiro
de 6000W em 127V I=P/V=6000/127=47,24409A
c.
Aquecedor
de 1500W em 220V I=P/V=1500/220=6,8181A
d.
Aquecedor
de 1500W em 127V I=P/V=6000/127=11,818A
17) Usando a tensão e a corrente,
calcule a resistência de cada elemento da questão anterior
a.
R=V/I=220/27,2727=
8,06667Ω
b.
R=V/I=127/47,24409=
2,688Ω
c.
R=V/I=220/6,8181= 32,667Ω
d.
R=V/I=127/11,818=
10,746Ω
18) Calcule o valor de corrente que
fluiria nas resistências calculadas anteriormente, caso fossem ligadas às
tensões indicadas a seguir:
a.
Resistência
do item a ligada a 127V I=V/R=127/8,06667=
15,74379A
b.
Resistência
do item b ligada a 220V I=V/R=220/2,688= 81,845A
c.
Resistência
do item c ligada a 127V I=V/R=127/32,667=
3,8877A
d.
Resistência
do item d ligada a 220V I=V/R=220/10,746= 20,4727A
A unidade de energia utilizada na cobrança das
distribuidoras de energia é o quilowatt hora (kWh), cujo valor é encontrado
pelo produto da energia pelo tempo (como feito na questão anterior), porém
utilizando como unidade de potência o quilowatt e como unidade de tempo a hora.
Cada kWh vale 3600000J.
19) Considere um circuito de 6000W .
Calcule quanto se gastaria (em quilowatt-hora ) e quanto se pagaria (em R$) pela
energia gasta em 30 dias por um circuito de 6000W, fazendo duas utilizações de
meia hora por dia, ao custo de R$0,47 cada kWh
Potência = 6kW;
tempo=0,5 por dia=30x0,5=15hs em 30 dias;
E=Pxt=6x15=90kWh;
Custototal=
Energia total x preço do kWh = 90 x 0,47 = R$ 433,00
20) Determine quantos quilowatt-hora são
gastos por alguém cuja conta do mês é R$220,00 (considere o valor de R$0,47 cada
kWh). E=Custototal/Custounitário = 220/0,47=
468,085kWh
21) Calcule o tempo de duração de cada
ciclo dos sistemas de 50Hz e de 60Hz. T=Custototal/Custounitário
= 220/0,47= 468,085kWh
22) Quais são os condutores que devem
chegar a uma tomada de uso geral (Campos) fase,
neutro, terra.
23) Em uma luminária comandada por
interruptor simples, devem chegar três condutores. Quais são eles? retorno, neutro, terra.
24) Um equipamento ligado a uma tomada
para a qual não foi colocado o condutor terra (PE), funciona perfeitamente. Qual
então é a função desse condutor ? .apenas proteção.
25) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em série, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω ? 60Ω , 80Ω e 100Ω
26) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em paralelo, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω? 13,667Ω , 15Ω e 24Ω
27) Calcule a resistência total e a
corrente que circularia pelo circuito série formado pelos elementos de 20Ω e
40Ω sendo a série alimentada por 120V 60Ω , 2A
28) De posse do valor de corrente e dos
valores de resistência dos elementos, calcule a tensão (ou queda de tensão)
desenvolvida nos terminais de cada um dos elementos da questão anterior. V=RxI=20x2=120V; V= RxI=40x2=240V;
29) Calcule a resistência total, a
corrente total e a corrente de cada elemento da associação paralela formada pelos
elementos de 20Ω e 40Ω , estando a associação alimentada por 120V Req=20x40/20+40=13,33Ω; Ieq=V/Req = 120/13,33=9A; I20=V/R20 = 120/20=6A; I40=V/R40 =
120/40=3A;
30) Considere o mesmo circuito anterior
percorrido por uma corrente total de 15A. Calcule a tensão total e a partir
desta, a corrente de cada elemento. Req=20x40/20+40=13,33Ω; VT
= Req x I= 13,33 x 15 = 199,95V; I20=VT/R20 =
199,95/20=9,9975A; I40=VT/R40
= 199,95/40=4,99875A;
31) Calcule a potência total
desenvolvida em cada uma das quatro questões anteriores. PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; . PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; .
PT = VT x IT =
120 x 6 = 720W ; . PT = VT
x IT = 199,94 x 15 = 2999,1W ;
32)
Dado um circuito série, composto por uma resistência de 1Ω e
uma de 19Ω , alimentado por 120V, calcule a corrente total (que é a mesma de
cada um), a tensão de cada um dos elementos, a potência de cada elemento e a
total. Req
= 1 + 19 = 20Ω; IT=VT
/ Req = 120/20=6A; V1=
R1 x IT = 1 x 6 = 6V;
V2 = R2 x IT = 19 x 6 = 114V;
33)
Reconsidere
o circuito anterior, que agora recebe um elemento de 5Ω associado em paralelo apenas
com o elemento de 19Ω. Calcule a resistência total, a corrente total, a tensão
de cada um dos elementos, a corrente de cada elemento, a potência de cada
elemento e a total. Req5//19 = 5x9 / (5+1) = 3,95833Ω; Reqtototal
= 1+3,95833 = 4,95833 Ω; IT = VT / Req = 120/4,95833 =
24,2017; V1 = R1 x
IT = 1 x 24,2017 = 24,2017V ;
V2= Req 5//19
x IT = 3,95833 x 24,2017= 95,79832V; I19
=
V19 / R19 = 95,79832 / 19 = 5,42017A; = V5 / R5
= 95,79832 / 5 = 19,15696A
34) Um condutor de cobre de 2,5mm² de
secção e 100m de comprimento liga um aquecedor de 1,5Ω a um gerador de 127V. Calcule a resistência
do condutor, a resistência total do circuito, a potência de cada elemento e a
total.
R= ρ L/S = 0,0178
x 100/2,5 = 0,712Ω
RT=0,712+1,5
= 2,212Ω
IT= 120 / 2,212
= 54,25A ;
Vcond
= 0,712 x 54,25 = 38,6V ; Vaquec = 1,5 x 54,25 = 81,375V ; Pcond
= Vcond x Icond = 38,6 x 54,25= 2094,05W
; Paquec = Vaquec x Iaquec = 81,375 x 54,25= 4414,59W
ELETRICIDADE
CIRCUITO ELÉTRICO – é o conjunto de elementos percorridos
pelas cargas elétricas (nos sólidos, a carga é transportada pelos elétrons). As
cargas ganham energia nos geradores e a deixam nos receptores.
GERADOR ELÉTRICO – é
o equipamento que transforma uma forma de energia (E) não elétrica em energia
elétrica, que energiza as cargas elétricas. Exemplo de gerador: o alternador do
automóvel, a pilha, a bateria.
RECEPTOR ELÉTRICO – é o que transforma a energia elétrica,
transportada pelas cargas elétricas, em uma outra forma de energia, não
elétrica (mecânica, luminosa, térmica
etc).
CONDUTOR
ELÉTRICO – pode ser entendido como um elemento do circuito elétrico, que tem a
função de transportar as cargas elétricas entre o gerador e o receptor. Como
adjetivo, é o material no qual as cargas são muito facilmente postas em
movimento. É o caso dos metais, cujo tipo que mais facilmente transporta as
cargas elétricas é a prata, seguida do cobre, do ouro e do alumínio.
CARGA ELÉTRICA - Quando um corpo neutro
perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” (Q) que mede o
desequilíbrio entre a quantidade de elétrons e de prótons do corpo em questão. A unidade da
carga elétrica é o COULOMB, C, correspondente
a uma quantidade de 6,28 x 1018 (6280000000000000000) elétrons.
POTENCIAL ELÉTRICO – Quando um corpo
neutro perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” e tem então a
capacidade energizar elétrons próximos, atraíndo-os ou repelindo-os. Essa
capacidade é chamada potencial elétrico.
TENSÃO ELÉTRICA - O sentido e a
intensidade do movimento da carga elétrica são determinados pela diferença de
potencial a qual esta carga estiver submetida. A diferença de potencial (ddp) é
também chamada tensão e também por força eletro-motriz, por ser a mesma
responsável pelo movimento das cargas elétricas. A grandeza tensão elétrica é
simbolizada pelas letras V (geral), E (fontes) ou U (nos receptores).
A unidade de tensão
elétrica é o VOLT - V. Uma unidade de volt é igual à
energização de um joule (J - unidade
de energia) para cada coulomb (C - unidade
de carga), ou seja V=E/Q Como a
tensão é quantidade de energia por carga, quanto maior a tensão, maior a
potência transferida.
O instrumento medidor
de tensão é o voltímetro. Para fazer
a medição os terminais ou ponteiras desse medidor devem ser ligadas nos
terminais do circuito em
teste. Tal ligação se chama paralela.
CORRENTE ELÉTRICA – o
fluxo de cargas elétricas se chama corrente elétrica, cuja intensidade no tempo
(coulombs por segundo) se simboliza pela letra maiúscula I. Então I=Q/t.
Como as cargas transportam energia,
quanto maior for a corrente, maior a potência transferida.
A unidade de
intensidade de corrente é o AMPÈRE –
A – equivalente a um coulomb por
segundo.
O instrumento medidor
de corrente é o amperímetro. Esse instrumento
para ser instalado, precisa que o circuito a ser testado seja interrompido e
religado através dos terminais, ou ponteiras, do medidor. Tal ligação se chama
ligação série.
Os condutores
elétricos precisam ser mais grossos quando conduzem maior valor de corrente
elétrica.
POTÊNCIA ELÉTRICA
– A carga elétrica exige energia para fluir por um circuito que lhe impõe
dificuldade ao fluxo. A quantidade de energia transferida a cada unidade de
tempo é chamado potência elétrica, simbolizada pela letra maiúscula P.
Como cada unidade de carga transporta uma quantidade de
energia numericamente igual à tensão do gerador (tensão=energia por carga) e
como a intensidade de corrente é a quantidade de cargas por segundo
(corrente=carga por tempo), tem-se que a potência ( que é a energia
transportada por tempo) fica igual ao produto da tensão pela corrente.
A unidade de potência
é o WATT – W ( pronuncia-se uót) , equivalente à
transferência de energia de um joule a cada segundo, ou joule por segundo.
A relação entre potência, corrente e tensões é: P = V*I
Se dois equipamentos, de mesma
potência, funcionam com diferentes tensões, apresentam diferentes correntes,
sendo menor corrente no de maior tensão.
Outras unidades de potências e suas equivalências
- cavalo-vapor – cv 1cv=736
- horse-power – hp 1hp=746W
- BTU/h 1BTU/h= 293,3W
ENERGIA ELÉTRICA – A
energia transferida por um equipamento ou circuito elétrico é dependente da
potência de tal equipamento e do tempo de funcionamento.
E = P*t Sendo E a energia em joule (J) ;
P a
potência em watt (W);
t o tempo
em segundo (s).
Para a cobrança da
energia elétrica são usadas outras unidades: para energia o quilowatt-hora
(kWh), para a potência o quilowatt (kW) e para o tempo a hora (h).
A conversão de joule
para quilowatt hora é conseguida pelo produto do valor em joule por 3600000.
RESISTÊNCIA ELÉTRICA
– Ao se aplicar uma diferença de potencial (tensão) aos extremos de um circuito
elétrico, há um fluxo de cargas, cuja intensidade (corrente) depende não só da
tensão aplicada, mas também de uma característica do circuito, chamada resistência elétrica. A resistência
elétrica é simbolizada pela letra maiúscula R.
A
grandeza resistência equivale à razão entre a tensão aplicada e a corrente que
flui (V/I). A unidade de resistência elétrica é o OHM – Ω . Cada ohm (Ω) é o valor de tensão necessária (em
volt –V) para produzir um ampère (1A)
A relação entre corrente, tensão e resistência
chama-se lei de OHM: V= R*I
O instrumento medidor de resistência elétrica se chama
ohmímetro. Um ohmímetro só pode ser
ligado a um circuito que não esteja energizado.
Obs. 1: Os amperímetros precisam ser ligados de modo a formar
com o circuito medido um só percurso de corrente (chama-se associação série) e
para não alterar a corrente medida, têm resistência elétrica baixíssima. Tal
característica faz com que a ligação de um amperímetro diretamente a uma fonte
de tensão produza grande corrente, sendo um grande risco de graves acidentes.
Obs.2: Se uma mesma resistência é ligada a diferentes
valores de tensão, terá então diferentes correntes, proporcionais aos valores
de tensão.
Obs. 3: Ao atravessar uma resistência, as cargas têm
sua energia elétrica transformada em térmica por um efeito que recebe o nome de
efeito Joule e tem uma potência de P= R*I². Essa é a forma pela qual se determina a potência perdida em um
condutor de resistência R, pelo qual flui uma determinada corrente I.
RESISTIVIDADE -
A resistência em cada unidade de comprimento e de área de secção
transversal é chamada resistividade ou resistência específica. Tal valor varia
conforme o material. Essa grandeza é simbolizada pela letra grega ρ (rô). A
resistência é tão maior quanto maior for o comprimento e menor for a área da
secção.
R= ρ L/S onde L é o
comprimento e S a área de secção. O de ρ sendo em
Ωmm²/m , o
comprimento L deve estar em metro e a área em milímetro quadrado.
RESISTOR – é o nome do dispositivo fabricado para
fornecer resistência elétrica.
Obs.:O elemento resistivo do chuveiro elétrico seria
mais apropriadamente chamado resistor, pois é um dispositivo e não uma
grandeza.
O resistor é utilizado para :
1- produzir calor;
2- limitar corrente;
3- dividir tensão;
4- dividir corrente.
A seguir vêm-se as fórmulas pelas quais se calculam os
valores de resistência e de potência do
resistor para cada aplicação. O valor de resistência encontrado deve ser o
valor a ser utilizado e o valor de potência encontrado deve ser o mínimo para o
resistor a ser usado, então a potência do resistor pode ser maior que a
calculada.
1- Como produtor de calor, é necessário conhecer a
potência térmica desejada, P, e a tensão
disponível, V. O valor da resistência será dado por R = V² / P
2- Como limitador de corrente, basta conhecer a tensão
disponível , V, e a corrente I desejada:
R=V/I
3- Como divisor de tensão o resistor deve ser
calculado a partir dos valores de tensão disponível VT , da tensão
desejada VR , e da corrente desejada IR. : RS=(VT-VR)
/ IR
4- Para ser usado como divisor de corrente, deve ser
levado em conta o valor de tensão total, de corrente total e da corrente
desejada: RP = VT / (IT-IR)
Sempre que flui corrente por uma
resistência é produzido calor na taxa de, e isso é aproveitado nos
dispositivos limitadores de corrente.
SOBRECORRENTE
E CURTO-CIRCUITO
Os
valores de corrente que estão acima do valor nominal para o circuito são
considerados sobrecorrente, que produz
calor (P = R I² ) e
temperatura acima do suportado pelo circuito, o que pode levar a danos e
destruições. Além do calor, a corrente elétrica está associada a campos
magnéticos, que produzem forças que podem vir também a provocar destruições nos
circuitos elétricos.
Se os terminais de um gerador são
interligados pelos elementos que deveriam servir apenas de condutores para a
energia a ser usada nos receptores elétricos, então a sobrecorrente resultante
é considerada um curto-circuito.
Para evitar os danos provenientes das
sobrecorrentes, as mesmas devem ter sua duração limitada, o que é feito pelos fusíveis e pelos disjuntores.
FUSÍVEL
Fazendo uso do calor produzido pelo fluxo da corrente, é fabricado um
elemento de material e dimensões controladas de modo que o calor produzido pela
passagem de corrente de determinado valor o faz fundir, interrompendo a
corrente: é o fusível. A função do
fusível é impedir a continuidade da corrente de valor acima daquele para o qual
foi fabricado, interrompendo-a em um tempo tão curto que não chega a destruir
os circuitos pelos quais fluia antes do aumento. A fusão do fusível o destrói
fazendo com que deva ser substituído.
DISJUNTOR
Esse
elemento também funciona baseado na temperatura desenvolvida pela passagem da
corrente, embora também use outro princípio de funcionamento, chamado
magnético. O disjuntor tem a mesma função do fusível, que é limitar o tempo de
passagem da corrente com valor acima do normal. Tem a grande vantagem de ser
rearmável, ou seja após o uso ele pode voltar a ser usado.
CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA
Os geradores que energizam as cargas impelindo-as sempre no mesmo
sentido são chamados geradores de corrente contínua (CC ou DC). Esses geradores têm pólo
positivo e pólo negativo definidos e fixos. É o caso das pilhas e
baterias.
Os geradores que energizam as cargas de invertendo periodicamente o
sentido do movimento imposto, são chamados geradores de corrente alternada (CA ou AC). É o caso dos alternadores.
Nesses geradores não se tem um pólo positivo e um negativo fixos como no
caso dos geradores de corrente contínua e sim pólos que se invertem
periodicamente. Nesses, chamam-se os pólos, ou terminais, de A e B, ou de 1 e 2.
Há ainda a denominação fase e neutro, embora essa denominação se justifique
mais nos sistemas em que há mais de uma tensão, como ocorre nos sistemas trifásicos
usados para a distribuição de energia elétrica.
FREQÜÊNCIA - A quantidade de vezes que a tensão ou a corrente
completa um ciclo de alternância a cada segundo é denominada freqüência,
simbolizada pela letra minúscula f.
A unidade da freqüência é o hertz – (Hz). O instrumento medidor
se chama freqüencímetro.
EXEMPLOS: A freqüência da tensão das tomadas do Brasil, Colômbia e Equador,
bem como na América do Norte é de 60Hz, Nos demais países da América do Sul e
também em Portugal, Inglaterra, e outros países da Europa, a freqüência é de
50Hz.
Obs.: um motor de indução tem sua velocidade
de giro dependente diretamente da freqüência. Dessa forma, um motor feito para
60Hz, gira 16,7% menos se for ligado em freqüência de 50H.
PERÍODO – O tempo de duração de um ciclo é chamado período,
simbolizado pela letra maiúscula T. A
unidade de sua medida é o segundo –
(s)
A relação entre período e freqüência é: f = 1/T
VALOR MÁXIMO E VALOR EFICAZ – A tensão alternada produzida pelos
alternadores tem formato senoidal com valor máximo maior que o valor eficaz, que
caracteriza essa tensão. O valor máximo é igual ao produto da tensão eficaz por
raiz de dois : VMAX=VEF*√2
FASE E NEUTRO - O sistema de distribuição de energia elétrica aos
usuários residenciais é feito em tensão alternada, através de quatro
condutores, sendo um neutro e três fases. A tensão entre o neutro e qualquer
fase (chamada tensão de fase) é de 127V enquanto a tensão entre duas fases (chamada
tensão de linha) é 220V.
A relação entre a tensão de linha VL e a tensão de fase VF
é dado por VL=VF*√3
ATERRAMENTO – Por uma questão de proteção contra as descargas
atmosféricas e também como forma de melhor equilibrar a tensão das fases, o
condutor neutro é aterrado, tanto nas ruas quanto nas próprias residências,
próximo ao ponto de medição através de uma haste de aterramento, de aço
cobreado.
Na mesma haste de aterramento se liga o condutor “terra” ou PE (protection
earth), que deve percorrer toda a instalação da residência para que todos os
equipamentos ligados à rede elétrica possam ser ligados também ao condutor de
aterramento. Para a proteção dos usuários contra contatos indiretos, todos os
equipamentos elétricos com carcaça metálica devem ser aterrados. A falta do
aterramento não altera o funcionamento do equipamento.
SISTEMA MONOFÁSICO E TRIFÁSICO
A tensão alternada é a usada na geração e na distribuição da energia
elétrica.
Na distribuição de energia em baixa tensão é usado um sistema trifásico,
composto por três tensões alternadas seqüenciadas interligadas através de um de
seus terminais. O ponto comum de interligação das três tensões se chama neutro e os outros três pontos se chamam
fases. Então há três fases e um
neutro e esse terminal neutro é aterrado por proteção contra descargas
atmosféricas.
Dependendo do circuito a ser alimentado pode-se usar somente uma fase e
o neutro ( em Campos, isso significa tensão de 127V), duas fases (220V) ou as
três fases (também 220V, pois só se mede tensão entre dois pontos). A ligação
às três fases é usada em equipamentos como motores trifásicos, usados na
indústria.
Há muitas cidades em que a tensão medida entre fase e neutro (chamada
tensão de fase) é 220V e a tensão medida entre duas fases (chamada tensão de
linha) é de 380V.
O sistema trifásico é usado principalmente nas indústrias, para
alimentar equipamentos como o motor de indução trifásico.
INSTALAÇÃO ELÉTRICA PREDIAL BÁSICA.
Nas instalações básicas há as tomadas,
as luminárias e os interruptores. Os condutores que são ligados a esses
elementos são:
Nas tomadas (de uso geral- 127V) :
- terra (verde ou verde-amarelo);
- neutro (azul claro);
- fase ( outra cor, vermelho por exemplo)
Nos interruptores :
- fase;
- retorno (preferencialmente cor diferente das outras, mas pode ser a
mesma da fase).
Nas
luminárias:
- retorno;
- neutro;
MOTOR ELÉTRICO – os motores elétricos mais comuns são:
1-
Motor
CC ou de corrente contínua;
2-
Motor
universal;
3-
Motores
de corrente alternada tipo “de indução assíncrono”.
1-
MOTOR
DE CORRENTE CONTÍNUA – CC -Esse motor só funciona alimentado por tensão
contínua e tem seu sentido de rotação definido pela polaridade da tensão aplicada.
A força e a velocidade de rotação é definida pela sua construção e pelo valor
da tensão aplicada: quanto maior a tensão, mais rápido giram.
Com
exceção do tipo usado em computador, chamado motor de passo, esses motores usam
dispositivos chamados comutadores ( compostos por escova e coletor) , que por
terem grande atrito e temperatura, exigem manutenção freqüente. A facilidade de
controlar sua velocidade era o que tornava seu uso comum, porém hoje há meios
de se controlar a velocidade dos motores de corrente alternada, o que faz com
que o uso dos motores CC fique cada vez mais restrita aos motores de pequenas
máquinas e eletroeletrônicos.
2-
MOTO
UNIVERSAL – Pode ser alimentado tanto em corrente contínua quanto em corrente
alternada. Tem ótima força de giro de partida (torque de partida) é aplicado em
aspirador de pó, liquidificador, batedeira, enceradeira, máquinas manuais como
furadeira, esmerilhadeira, serras para madeira ou pedras, britadeiras etc
Esses motores também usam comutador e
por isso também exigem manutenção freqüente.
3-
MOTOR
DE CORRENTE ALTERNADA – CA - Esse motor só funciona alimentado por tensão
alternada e tem seu sentido de rotação definido pela sua construção. A força de
giro é função do valor da tensão aplicada e de sua freqüência. A velocidade de
rotação é também função da freqüência da tensão aplicada. O tipo mais comum é o
de indução assíncrono, que pode ser monofásico e trifásico.
3-1 MOTOR
DE INDUÇÃO MONOFÁSICO – Motor elétrico que só funciona em tensão alternada: uma
única tensão e por isso só precisa de dois terminais de tensão. Esse tipo é o
usado nos ventiladores e bombas d’água. O sentido de rotação desse motor é
definido por sua montagem. Esse motor precisa de um sistema para permitir sua
partida, o que em alguns casos utiliza dispositivos adicionais, como o
capacitor de partida e a chave centrífuga, dispositivos esses sujeitos a
defeitos que fazem com que esse tipo de motor tenha uma freqüência maior de
manutenção que o outro tipo, o trifásico.
3-2 MOTOR
DE INDUÇÃO TRIFÁSICO – Nesse tipo são necessárias três fases para o
funcionamento. O sentido da rotação do motor trifásico se inverte bastando para
tal que se troquem de posição duas das três fases que o alimentam.
O motor
trifásico é melhor que o monofásico, pois é menor, mais leve, é mais barato, tem
menor corrente e além de tudo isso, não precisa de acessórios de partida, o que
faz com que precise de menos manutenções que o monofásico.
No motor
trifásico a falta de uma das fases provoca aumento da corrente caso já esteja em giro. No caso de estar
parado, a corrente aumentará ainda mais, além de não girar. Em ambos os casos
há risco de queima do motor.
TIPOS DE INTERLIGAÇÃO ENTRE ELEMENTOS: SÉRIE E
PARALELO
Conforme a maneira como se interligam receptores ou geradores, esses
formam circuitos do tipo série ou do tipo paralelo.
SÉRIE
O tipo série é constituído por vários elementos que se ligam formando uma
única passagem da corrente, que então flui com um mesmo valor por todos os
elementos.
IT=I1=I2=I3=
IN
A tensão total é igual à soma das tensões dos vários elementos que
compõem a série.
VT=V1+V2+V3+VN
Em função disso, a resistência total é a soma das componentes.
RT=R1+R2+R3+RN
- Em uma instalação elétrica residencial os interruptores estão ligados
em série com as lâmpadas por eles acionadas.
PARALELO
O tipo paralelo é constituído por vários caminhos para a passagem das
cargas, todos com um mesmo ponto de saída e um mesmo ponto de chegada. Assim
todos os caminhos estão sob mesma tensão.
A corrente total que entra no circuito é igual à soma das correntes dos
elementos que compõem o circuito.
IT=I1+I2+I3+IN
A tensão que alimenta o circuito como um todo, alimenta também cada
elemento do circuito.
VT=V1=V2=V3=VN
O inverso da resistência total é igual à soma dos inversos das
resistências componentes.
1/RT=(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+(1/RN) Fazendo de dois a dois, fica RT =
R1R2 / ( R1R2)
- Em uma instalação elétrica residencial, as tomadas estão ligadas em
paralelo umas com as outras.
MAGNETISMO
O magnetismo é uma das forças básicas da natureza. Tem a propriedade de
atrair o ferro. Tal força está presente nos ímãs e também na corrente elétrica.
Cada lado do ímã é chamado pólo. O pólo norte é aquele que aponta para o
norte geográfico se o ímã puder girar livremente, ficando então o pólo sul naturalmente
apontando para o pólo geográfico sul*.
ELETROÍMÃS
A corrente elétrica apresenta em torno de si um campo
magnético que se alinha e se concentra se a corrente faz um percurso helicoidal.
Tal percurso helicoidal é conseguido ao se enrolar o condutor (precisa ser com
capa ou esmaltado) como a linha de um carretel, não necessariamente em várias
camadas.
Ao se enrolar assim o condutor forma-se um solenóide ou bobina ou ainda eletroímã.
Tal eletroímã tem um poder magnético que depende diretamente do valor da
corrente elétrica conduzida e do seu número de voltas, ou de espiras. A presença de um núcleo de ferro
também auxilia no aumento do poder magnético.
A posição dos pólos norte e sul do eletroímã depende do sentido em que a
corrente flui em torno do eixo da bobina. Olhando-se a bobina por uma das
pontas do seu eixo, se a corrente gira em sentido horário enquanto se afasta do
observador, então o observador está do lado norte da bobina, caso contrário
está do lado sul. No desenho da bobina mostrada à direita, se o negativo da
tensão fosse ligado ao terminal da esquerda, e o positivo ao outro lado, então
o norte ficaria do lado esquerdo e o sul do lado direito.
Com o eletroímã forma-se um dispositivo com o qual é possível então
criar movimento retilíneo a partir da energia elétrica, e dessa forma
fabricam-se:
- Válvulas solenóides – dispositivos de controle de fluxo de líquidos e
gases, com condição aberta ou fechada dependente da tensão elétrica aplicada em
seu eletroímã.
- Relé ou contator elétrico – elemento chaveador elétrico (interruptor)
cuja condição aberta ou fechada depende da tensão elétrica aplicada em seu
eletroímã.
- Motor elétrico – com exceção de motores eletrostáticos experimentais,
todo motor elétrico funciona baseado em eletroímãs.
OS ELETROÍMÃS EM
CORRENTE ALTERNADA.
Ligados em CA, os eletroímãs também produzem campo magnético, só que
alternado como a corrente, trocando periodicamente os pólos norte e sul entre
si. Dependendo da peça a ser atraída, o campo alternado atuará de forma similar
ao campo contínuo.
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
O campo magnético variável, como o alternado, apresenta a propriedade de
energizar as cargas elétricas dos condutores próximos colocando-as em movimento,
ou induzindo-as ao movimento. Tal campo nesse caso se chama campo indutor.
Se uma barra metálica, de ferro, por exemplo, for exposta ao campo
indutor, terá as suas cargas elétricas livres postas em movimento, produzindo
então através dessa barra uma corrente elétrica (corrente induzida) que produzirá
seu aquecimento.
- Em manutenção mecânica há uma
aplicação importante desse princípio: o aquecedor indutivo. Tal aquecedor é um
equipamento elétrico que tem a função de aquecer peças metálicas, principalmente
rolamentos, dilatando-os para facilitar sua montagem e desmontagem.
INDUTOR
A bobina quando alimentada por tensão alternada pode ter portanto outras
aplicações que não sejam a de eletroímã e nessas ocasiões recebe a denominação
de INDUTOR
TRANSFORMADOR
Se dois
indutores forem montados em um mesmo núcleo, forma-se um transformador. Quando
um dos indutores é alimentado por tensão alternada recebe o nome de primário do
transformador e induz movimentos de cargas elétricas no outro indutor, chamado
de secundário do transformador. A movimentação das cargas no secundário dá
origem a uma tensão nos seus terminais, chamada tensão secundária.
A tensão
secundária depende da tensão primária e dos números de voltas (ou espiras)
tanto de um quanto do outro indutor.
O transformador é usado tanto para
gerar tensão:
- maior que a aplicada no primário, sendo
chamado de transformador elevador;
- menor que a aplicada no primário, seu nome
então é transformador abaixador
No secundário
do abaixador, a capacidade de corrente é maior que a solicitada no primário.
Já no
transformador elevador a corrente do primário é maior que a do secundário.
Essa é uma
aplicação em manutenção mecânica, pois as máquinas de solda elétrica têm alta
corrente para fazer a soldagem, e essa alta corrente é muito superior ao valor
solicitado pela máquina à tomada que a energiza, pois a máquina de solda
elétrica é basicamente um transformador abaixador. Então o secundário do
transformador abaixador da máquina de solda tem tensão bem menor que a do
primário (nem dá choque, se a máquina estiver normal) enquanto a corrente
possível é bem maior que a que circula no primário.
Nas ruas vemos transformadores nos postes. Esses são abaixadores, de
13800V para 127V e 220V
REATÂNCIA E IMPEDÂNCIA
Quando alimentados por tensão alternada, os eletroímãs apresentam um
efeito similar ao da resistência, que reduz o valor da corrente elétrica:
chama-se reatância indutiva, representada por XL e que
também tem como unidade o ohm, Ω (como a resistência).
A reatância difere da resistência por várias razões, entre elas o fato
de que seu valor varia em função da freqüência da tensão.
Assim, além da resistência, o condutor caso esteja em forma
de bobina apresenta também a reatância como razão entre tensão e corrente. A
razão entre tensão e corrente resultante, já que há tanto resistência quanto reatância,
é chamada impedância, simbolizada por Z e medida também na unidade ohm, Ω .
Se o núcleo das bobinas for de ferro, concentra o campo magnético criado
pela corrente, produzindo um eletroímã mais forte. O núcleo também altera a
impedância da bobina, produzindo uma impedância muito maior que sem núcleo.
EXERCÍCIOS
1) Determine a quantidade de energia
dada a 15C
por um gerador de 1,5V E=VQ=1,5x15=22,5J
2) Qual o valor de tensão é necessário
para doar 1200J a um total de carga de 100C ? V=E/Q=1200/100=12V
3) Quantos coulombs são necessários
para transportar 48000J a partir de uma fonte de 12V ? Q=E/V=4800/12=400C
4) Em um dado gerador, Cada três unidades de
carga que fluem por um dado gerador recebem 24J de energia. Qual o valor de
tensão desse gerador? V=E/Q=24/3=8V
5) Qual o valor de corrente de um
aquecedor de 2800W que funciona em 220V ? I=P/V=2800/220=12,7272A
6) Qual o valor de tensão necessário
para que uma corrente de 10A transporte 1500W ?
? V=P/I=1500/10=150V
7) Com 4A e 120V, qual o valor de
potência transferida pelas cargas? P=VxI=120x4=480W
8) Determine a potência total de uma
residência em que estão ligadas 8 lâmpadas de 18W , um computador de 200W e um
aquecedor de 1100W. P=8x18+200+1100=1444W
9) Quantos reais custará a energia
mensal (30 dias) de uma residência cuja potência total é de 4500W ligados por 8
horas por dia, considerando R$0,60 por kWh ? Custototal=Energia x
custounitário=Potência x tempo x custo unitário = 4,5 x 8 x 30 x 0,6 = 648
reais
10) Qual o valor de resistência de um
circuito alimentado por 6V e percorrido por 0,05A? R=V/I=6/0,05=120 Ω
11) Converta para ampère os valores a
seguir:
a. 400mA 0,4A
b. 800μA 0,0008A
c. 2,3kA 2300A
12) Converta para coulomb os valores a
seguir:
a. 120mC 0,12C
b. 80μC 0,00008C
c. 2300μC 0,0023C
13) Calcule a corrente de uma lâmpada de
2Ω ligada a uma bateria de 9V. I=V/R=9/2=4,5A
14) Calcule a tensão necessária para
fazer fluir 20A na lâmpada de 2Ω. V=RxI=2x20=40V
15) Determine a resistência de um
circuito que ligado a 24V é percorrido por corrente de 0,15A. R=V/I=24/0,15=160Ω
a. Qual o valor da potência
desenvolvida no circuito da questão anterior? P=VxI=24x0,15=3,6W
b.
Qual o valor da potência transferida pelo gerador ao circuito receptor? É a mesma absorvida pelo circuito, já que considera-se até
aqui o gerador ideal : 3,6W
c. Qual o valor da energia transferida
pelo gerador ao circuito receptor ao longo de 30s? E=Pxt=3,6x30=108J
d. Considere um chuveiro de 6000W
ligado durante 30min. Determine a energia consumida (em joules) ao longo do
tempo considerado. E= Pxt=6000x30x60=10800000 J
16) Calcule a corrente de cada um dos
elementos a seguir:
a.
Chuveiro
de 6000W em 220V I=P/V=6000//220=27,2727A
b.
Chuveiro
de 6000W em 127V I=P/V=6000/127=47,24409A
c.
Aquecedor
de 1500W em 220V I=P/V=1500/220=6,8181A
d.
Aquecedor
de 1500W em 127V I=P/V=6000/127=11,818A
17) Usando a tensão e a corrente,
calcule a resistência de cada elemento da questão anterior
a.
R=V/I=220/27,2727=
8,06667Ω
b.
R=V/I=127/47,24409=
2,688Ω
c.
R=V/I=220/6,8181= 32,667Ω
d.
R=V/I=127/11,818=
10,746Ω
18) Calcule o valor de corrente que
fluiria nas resistências calculadas anteriormente, caso fossem ligadas às
tensões indicadas a seguir:
a.
Resistência
do item a ligada a 127V I=V/R=127/8,06667=
15,74379A
b.
Resistência
do item b ligada a 220V I=V/R=220/2,688= 81,845A
c.
Resistência
do item c ligada a 127V I=V/R=127/32,667=
3,8877A
d.
Resistência
do item d ligada a 220V I=V/R=220/10,746= 20,4727A
A unidade de energia utilizada na cobrança das
distribuidoras de energia é o quilowatt hora (kWh), cujo valor é encontrado
pelo produto da energia pelo tempo (como feito na questão anterior), porém
utilizando como unidade de potência o quilowatt e como unidade de tempo a hora.
Cada kWh vale 3600000J.
19) Considere um circuito de 6000W .
Calcule quanto se gastaria (em quilowatt-hora ) e quanto se pagaria (em R$) pela
energia gasta em 30 dias por um circuito de 6000W, fazendo duas utilizações de
meia hora por dia, ao custo de R$0,47 cada kWh
Potência = 6kW;
tempo=0,5 por dia=30x0,5=15hs em 30 dias;
E=Pxt=6x15=90kWh;
Custototal=
Energia total x preço do kWh = 90 x 0,47 = R$ 433,00
20) Determine quantos quilowatt-hora são
gastos por alguém cuja conta do mês é R$220,00 (considere o valor de R$0,47 cada
kWh). E=Custototal/Custounitário = 220/0,47=
468,085kWh
21) Calcule o tempo de duração de cada
ciclo dos sistemas de 50Hz e de 60Hz. T=Custototal/Custounitário
= 220/0,47= 468,085kWh
22) Quais são os condutores que devem
chegar a uma tomada de uso geral (Campos) fase,
neutro, terra.
23) Em uma luminária comandada por
interruptor simples, devem chegar três condutores. Quais são eles? retorno, neutro, terra.
24) Um equipamento ligado a uma tomada
para a qual não foi colocado o condutor terra (PE), funciona perfeitamente. Qual
então é a função desse condutor ? .apenas proteção.
25) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em série, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω ? 60Ω , 80Ω e 100Ω
26) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em paralelo, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω? 13,667Ω , 15Ω e 24Ω
27) Calcule a resistência total e a
corrente que circularia pelo circuito série formado pelos elementos de 20Ω e
40Ω sendo a série alimentada por 120V 60Ω , 2A
28) De posse do valor de corrente e dos
valores de resistência dos elementos, calcule a tensão (ou queda de tensão)
desenvolvida nos terminais de cada um dos elementos da questão anterior. V=RxI=20x2=120V; V= RxI=40x2=240V;
29) Calcule a resistência total, a
corrente total e a corrente de cada elemento da associação paralela formada pelos
elementos de 20Ω e 40Ω , estando a associação alimentada por 120V Req=20x40/20+40=13,33Ω; Ieq=V/Req = 120/13,33=9A; I20=V/R20 = 120/20=6A; I40=V/R40 =
120/40=3A;
30) Considere o mesmo circuito anterior
percorrido por uma corrente total de 15A. Calcule a tensão total e a partir
desta, a corrente de cada elemento. Req=20x40/20+40=13,33Ω; VT
= Req x I= 13,33 x 15 = 199,95V; I20=VT/R20 =
199,95/20=9,9975A; I40=VT/R40
= 199,95/40=4,99875A;
31) Calcule a potência total
desenvolvida em cada uma das quatro questões anteriores. PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; . PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; .
PT = VT x IT =
120 x 6 = 720W ; . PT = VT
x IT = 199,94 x 15 = 2999,1W ;
32)
Dado um circuito série, composto por uma resistência de 1Ω e
uma de 19Ω , alimentado por 120V, calcule a corrente total (que é a mesma de
cada um), a tensão de cada um dos elementos, a potência de cada elemento e a
total. Req
= 1 + 19 = 20Ω; IT=VT
/ Req = 120/20=6A; V1=
R1 x IT = 1 x 6 = 6V;
V2 = R2 x IT = 19 x 6 = 114V;
33)
Reconsidere
o circuito anterior, que agora recebe um elemento de 5Ω associado em paralelo apenas
com o elemento de 19Ω. Calcule a resistência total, a corrente total, a tensão
de cada um dos elementos, a corrente de cada elemento, a potência de cada
elemento e a total. Req5//19 = 5x9 / (5+1) = 3,95833Ω; Reqtototal
= 1+3,95833 = 4,95833 Ω; IT = VT / Req = 120/4,95833 =
24,2017; V1 = R1 x
IT = 1 x 24,2017 = 24,2017V ;
V2= Req 5//19
x IT = 3,95833 x 24,2017= 95,79832V; I19
=
V19 / R19 = 95,79832 / 19 = 5,42017A; = V5 / R5
= 95,79832 / 5 = 19,15696A
34) Um condutor de cobre de 2,5mm² de
secção e 100m de comprimento liga um aquecedor de 1,5Ω a um gerador de 127V. Calcule a resistência
do condutor, a resistência total do circuito, a potência de cada elemento e a
total.
R= ρ L/S = 0,0178
x 100/2,5 = 0,712Ω
RT=0,712+1,5
= 2,212Ω
IT= 120 / 2,212
= 54,25A ;
Vcond
= 0,712 x 54,25 = 38,6V ; Vaquec = 1,5 x 54,25 = 81,375V ; Pcond
= Vcond x Icond = 38,6 x 54,25= 2094,05W
; Paquec = Vaquec x Iaquec = 81,375 x 54,25= 4414,59W
ELETRICIDADE
CIRCUITO ELÉTRICO – é o conjunto de elementos percorridos
pelas cargas elétricas (nos sólidos, a carga é transportada pelos elétrons). As
cargas ganham energia nos geradores e a deixam nos receptores.
GERADOR ELÉTRICO – é
o equipamento que transforma uma forma de energia (E) não elétrica em energia
elétrica, que energiza as cargas elétricas. Exemplo de gerador: o alternador do
automóvel, a pilha, a bateria.
RECEPTOR ELÉTRICO – é o que transforma a energia elétrica, transportada pelas cargas elétricas, em uma outra forma de energia, não elétrica (mecânica, luminosa, térmica etc).
CONDUTOR ELÉTRICO – pode ser entendido como um elemento do circuito elétrico, que tem a função de transportar as cargas elétricas entre o gerador e o receptor. Como adjetivo, é o material no qual as cargas são muito facilmente postas em movimento. É o caso dos metais, cujo tipo que mais facilmente transporta as cargas elétricas é a prata, seguida do cobre, do ouro e do alumínio.
CARGA ELÉTRICA - Quando um corpo neutro
perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” (Q) que mede o
desequilíbrio entre a quantidade de elétrons e de prótons do corpo em questão. A unidade da
carga elétrica é o COULOMB, C, correspondente
a uma quantidade de 6,28 x 1018 (6280000000000000000) elétrons.
POTENCIAL ELÉTRICO – Quando um corpo
neutro perde ou ganha elétrons, passa a ter “carga elétrica” e tem então a
capacidade energizar elétrons próximos, atraíndo-os ou repelindo-os. Essa
capacidade é chamada potencial elétrico.
TENSÃO ELÉTRICA - O sentido e a
intensidade do movimento da carga elétrica são determinados pela diferença de
potencial a qual esta carga estiver submetida. A diferença de potencial (ddp) é
também chamada tensão e também por força eletro-motriz, por ser a mesma
responsável pelo movimento das cargas elétricas. A grandeza tensão elétrica é
simbolizada pelas letras V (geral), E (fontes) ou U (nos receptores).
A unidade de tensão
elétrica é o VOLT - V. Uma unidade de volt é igual à
energização de um joule (J - unidade
de energia) para cada coulomb (C - unidade
de carga), ou seja V=E/Q Como a
tensão é quantidade de energia por carga, quanto maior a tensão, maior a
potência transferida.
O instrumento medidor de tensão é o voltímetro. Para fazer a medição os terminais ou ponteiras desse medidor devem ser ligadas nos terminais do circuito
CORRENTE ELÉTRICA – o fluxo de cargas elétricas se chama corrente elétrica, cuja intensidade no tempo (coulombs por segundo) se simboliza pela letra maiúscula I. Então I=Q/t.
Como as cargas transportam energia,
quanto maior for a corrente, maior a potência transferida.
A unidade de
intensidade de corrente é o AMPÈRE –
A – equivalente a um coulomb por
segundo.
O instrumento medidor
de corrente é o amperímetro. Esse instrumento
para ser instalado, precisa que o circuito a ser testado seja interrompido e
religado através dos terminais, ou ponteiras, do medidor. Tal ligação se chama
ligação série.
Os condutores
elétricos precisam ser mais grossos quando conduzem maior valor de corrente
elétrica.
POTÊNCIA ELÉTRICA – A carga elétrica exige energia para fluir por um circuito que lhe impõe dificuldade ao fluxo. A quantidade de energia transferida a cada unidade de tempo é chamado potência elétrica, simbolizada pela letra maiúscula P.
Como cada unidade de carga transporta uma quantidade de
energia numericamente igual à tensão do gerador (tensão=energia por carga) e
como a intensidade de corrente é a quantidade de cargas por segundo
(corrente=carga por tempo), tem-se que a potência ( que é a energia
transportada por tempo) fica igual ao produto da tensão pela corrente.
A unidade de potência
é o WATT – W ( pronuncia-se uót) , equivalente à
transferência de energia de um joule a cada segundo, ou joule por segundo.
A relação entre potência, corrente e tensões é: P = V*I
Se dois equipamentos, de mesma
potência, funcionam com diferentes tensões, apresentam diferentes correntes,
sendo menor corrente no de maior tensão.
Obs.:O elemento resistivo do chuveiro elétrico seria mais apropriadamente chamado resistor, pois é um dispositivo e não uma grandeza.
A tensão secundária depende da tensão primária e dos números de voltas (ou espiras) tanto de um quanto do outro indutor.
EXERCÍCIOS
1) Determine a quantidade de energia
dada a 15C
por um gerador de 1,5V E=VQ=1,5x15=22,5J
2) Qual o valor de tensão é necessário
para doar 1200J a um total de carga de 100C ? V=E/Q=1200/100=12V
3) Quantos coulombs são necessários
para transportar 48000J a partir de uma fonte de 12V ? Q=E/V=4800/12=400C
4) Em um dado gerador, Cada três unidades de
carga que fluem por um dado gerador recebem 24J de energia. Qual o valor de
tensão desse gerador? V=E/Q=24/3=8V
5) Qual o valor de corrente de um
aquecedor de 2800W que funciona em 220V ? I=P/V=2800/220=12,7272A
6) Qual o valor de tensão necessário
para que uma corrente de 10A transporte 1500W ?
? V=P/I=1500/10=150V
7) Com 4A e 120V, qual o valor de
potência transferida pelas cargas? P=VxI=120x4=480W
8) Determine a potência total de uma
residência em que estão ligadas 8 lâmpadas de 18W , um computador de 200W e um
aquecedor de 1100W. P=8x18+200+1100=1444W
9) Quantos reais custará a energia
mensal (30 dias) de uma residência cuja potência total é de 4500W ligados por 8
horas por dia, considerando R$0,60 por kWh ? Custototal=Energia x
custounitário=Potência x tempo x custo unitário = 4,5 x 8 x 30 x 0,6 = 648
reais
10) Qual o valor de resistência de um
circuito alimentado por 6V e percorrido por 0,05A? R=V/I=6/0,05=120 Ω
11) Converta para ampère os valores a
seguir:
a. 400mA 0,4A
b. 800μA 0,0008A
c. 2,3kA 2300A
12) Converta para coulomb os valores a
seguir:
a. 120mC 0,12C
b. 80μC 0,00008C
c. 2300μC 0,0023C
13) Calcule a corrente de uma lâmpada de
2Ω ligada a uma bateria de 9V. I=V/R=9/2=4,5A
14) Calcule a tensão necessária para
fazer fluir 20A na lâmpada de 2Ω. V=RxI=2x20=40V
15) Determine a resistência de um
circuito que ligado a 24V é percorrido por corrente de 0,15A. R=V/I=24/0,15=160Ω
a. Qual o valor da potência
desenvolvida no circuito da questão anterior? P=VxI=24x0,15=3,6W
b.
Qual o valor da potência transferida pelo gerador ao circuito receptor? É a mesma absorvida pelo circuito, já que considera-se até
aqui o gerador ideal : 3,6W
c. Qual o valor da energia transferida
pelo gerador ao circuito receptor ao longo de 30s? E=Pxt=3,6x30=108J
d. Considere um chuveiro de 6000W
ligado durante 30min. Determine a energia consumida (em joules) ao longo do
tempo considerado. E= Pxt=6000x30x60=10800000 J
16) Calcule a corrente de cada um dos
elementos a seguir:
a.
Chuveiro
de 6000W em 220V I=P/V=6000//220=27,2727A
b.
Chuveiro
de 6000W em 127V I=P/V=6000/127=47,24409A
c.
Aquecedor
de 1500W em 220V I=P/V=1500/220=6,8181A
d.
Aquecedor
de 1500W em 127V I=P/V=6000/127=11,818A
17) Usando a tensão e a corrente,
calcule a resistência de cada elemento da questão anterior
a.
R=V/I=220/27,2727=
8,06667Ω
b.
R=V/I=127/47,24409=
2,688Ω
c.
R=V/I=220/6,8181= 32,667Ω
d.
R=V/I=127/11,818=
10,746Ω
18) Calcule o valor de corrente que
fluiria nas resistências calculadas anteriormente, caso fossem ligadas às
tensões indicadas a seguir:
a.
Resistência
do item a ligada a 127V I=V/R=127/8,06667=
15,74379A
b.
Resistência
do item b ligada a 220V I=V/R=220/2,688= 81,845A
c.
Resistência
do item c ligada a 127V I=V/R=127/32,667=
3,8877A
d.
Resistência
do item d ligada a 220V I=V/R=220/10,746= 20,4727A
A unidade de energia utilizada na cobrança das
distribuidoras de energia é o quilowatt hora (kWh), cujo valor é encontrado
pelo produto da energia pelo tempo (como feito na questão anterior), porém
utilizando como unidade de potência o quilowatt e como unidade de tempo a hora.
Cada kWh vale 3600000J.
19) Considere um circuito de 6000W .
Calcule quanto se gastaria (em quilowatt-hora ) e quanto se pagaria (em R$) pela
energia gasta em 30 dias por um circuito de 6000W, fazendo duas utilizações de
meia hora por dia, ao custo de R$0,47 cada kWh
Potência = 6kW;
tempo=0,5 por dia=30x0,5=15hs em 30 dias;
E=Pxt=6x15=90kWh;
Custototal=
Energia total x preço do kWh = 90 x 0,47 = R$ 433,00
20) Determine quantos quilowatt-hora são
gastos por alguém cuja conta do mês é R$220,00 (considere o valor de R$0,47 cada
kWh). E=Custototal/Custounitário = 220/0,47=
468,085kWh
21) Calcule o tempo de duração de cada
ciclo dos sistemas de 50Hz e de 60Hz. T=Custototal/Custounitário
= 220/0,47= 468,085kWh
22) Quais são os condutores que devem
chegar a uma tomada de uso geral (Campos) fase,
neutro, terra.
23) Em uma luminária comandada por
interruptor simples, devem chegar três condutores. Quais são eles? retorno, neutro, terra.
24) Um equipamento ligado a uma tomada
para a qual não foi colocado o condutor terra (PE), funciona perfeitamente. Qual
então é a função desse condutor ? .apenas proteção.
25) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em série, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω ? 60Ω , 80Ω e 100Ω
26) Quais os valores possíveis de se
conseguir associando em paralelo, de dois a dois, resistores de 20, 40 e 60Ω? 13,667Ω , 15Ω e 24Ω
27) Calcule a resistência total e a
corrente que circularia pelo circuito série formado pelos elementos de 20Ω e
40Ω sendo a série alimentada por 120V 60Ω , 2A
28) De posse do valor de corrente e dos
valores de resistência dos elementos, calcule a tensão (ou queda de tensão)
desenvolvida nos terminais de cada um dos elementos da questão anterior. V=RxI=20x2=120V; V= RxI=40x2=240V;
29) Calcule a resistência total, a
corrente total e a corrente de cada elemento da associação paralela formada pelos
elementos de 20Ω e 40Ω , estando a associação alimentada por 120V Req=20x40/20+40=13,33Ω; Ieq=V/Req = 120/13,33=9A; I20=V/R20 = 120/20=6A; I40=V/R40 =
120/40=3A;
30) Considere o mesmo circuito anterior
percorrido por uma corrente total de 15A. Calcule a tensão total e a partir
desta, a corrente de cada elemento. Req=20x40/20+40=13,33Ω; VT
= Req x I= 13,33 x 15 = 199,95V; I20=VT/R20 =
199,95/20=9,9975A; I40=VT/R40
= 199,95/40=4,99875A;
31) Calcule a potência total
desenvolvida em cada uma das quatro questões anteriores. PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; . PT = VT x IT = 120 x 2 = 240W ; .
PT = VT x IT =
120 x 6 = 720W ; . PT = VT
x IT = 199,94 x 15 = 2999,1W ;
32)
Dado um circuito série, composto por uma resistência de 1Ω e
uma de 19Ω , alimentado por 120V, calcule a corrente total (que é a mesma de
cada um), a tensão de cada um dos elementos, a potência de cada elemento e a
total. Req
= 1 + 19 = 20Ω; IT=VT
/ Req = 120/20=6A; V1=
R1 x IT = 1 x 6 = 6V;
V2 = R2 x IT = 19 x 6 = 114V;
33)
Reconsidere
o circuito anterior, que agora recebe um elemento de 5Ω associado em paralelo apenas
com o elemento de 19Ω. Calcule a resistência total, a corrente total, a tensão
de cada um dos elementos, a corrente de cada elemento, a potência de cada
elemento e a total. Req5//19 = 5x9 / (5+1) = 3,95833Ω; Reqtototal
= 1+3,95833 = 4,95833 Ω; IT = VT / Req = 120/4,95833 =
24,2017; V1 = R1 x
IT = 1 x 24,2017 = 24,2017V ;
V2= Req 5//19
x IT = 3,95833 x 24,2017= 95,79832V; I19
=
V19 / R19 = 95,79832 / 19 = 5,42017A; = V5 / R5
= 95,79832 / 5 = 19,15696A
34) Um condutor de cobre de 2,5mm² de
secção e 100m de comprimento liga um aquecedor de 1,5Ω a um gerador de 127V. Calcule a resistência
do condutor, a resistência total do circuito, a potência de cada elemento e a
total.
R= ρ L/S = 0,0178
x 100/2,5 = 0,712Ω
RT=0,712+1,5
= 2,212Ω
IT= 120 / 2,212
= 54,25A ;
Vcond
= 0,712 x 54,25 = 38,6V ; Vaquec = 1,5 x 54,25 = 81,375V ; Pcond
= Vcond x Icond = 38,6 x 54,25= 2094,05W
; Paquec = Vaquec x Iaquec = 81,375 x 54,25= 4414,59W