Física Aplicada
Conceitos Básicos de Eletricidade
Conceitos Básicos
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Todas as substâncias são constituídas de átomos e
moléculas .Por exemplo a substância chamada de água, cuja
fórmula química é H2O, é constituída de dois átomos
de hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio(O) os quais tem
características totalmente diferentes da água.
Os átomos por sua vez são constituídos de minúsculas
partículas : os prótons, os elétrons e os nêutrons.
Os prótons estão localizados na parte central do átomo
chamada de núcleo, enquanto os elétrons giram ao seu
redor em órbitas bem definidas, de forma parecida com os
planetas girando ao redor do sol.
Conceitos Básicos
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Nas duas figuras a seguir temos os desenhos do
modelo mais simples que representa um
átomo: O núcleo central no qual estão os prótons
e os nêutrons, e ao redor deste, girando, os
elétrons . Existem varias órbitas , com diferentes
números de elétrons girando em cada uma.
A última camada, chamada de camada
valência é a que tem maior interesse, pois a
diferença entre os principais materiais usados na
eletrônica tem o seu comportamento determinado
pela característica desta camada.
Conceitos Básicos
Conceitos Básicos
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Prótons e elétrons tem uma propriedade física chamada de
carga elétrica. É por causa da existência das cargas
elétricas que existe o raio , podemos assistir TV, tomar banho
quente no inverno e outras comodidades que antes não
existiam pois as cargas elétricas não tinham sido "domadas ".
Cargas elétricas ( elétrons ) em movimento produzem uma
corrente elétrica e é essa corrente elétrica que permite que
nós tenhamos todas aquelas comodidades.Para gerar uma
corrente elétrica precisamos de um caminho ( condutor )
para as cargas elétricas percorrerem e de um dispositivo que
forneça a energia necessária para que essas cargas se
desloquem por esse caminho.
Conceitos Básicos
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Este dispositivo é chamado de Gerador de Tensão. Pilhas e
baterias são exemplos de geradores de tensão. Outro
elemento importante são os isolantes , sem os quais não
seria possível tudo isso.
Um isolante não deixa as cargas elétricas se
movimentarem pelo seu interior. Plásticos , madeira,
borracha, vidro e o ar são exemplos de isolantes .
Agora, imagine um montão de elétrons se chocando ao
mesmo tempo contra os núcleos !! Haverá uma oposição(
resistência ) contra esse movimento.
Circuito Elétrico
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A Fig01a mostra uma bateria , uma
lâmpada e um interruptor. A lâmpada está
apagada. A Fig01b mostra a mesma
bateria e a mesma lâmpada , agora acesa.
Por que a lâmpada está apagada ?
Por que a lâmpada está acesa ?
Circuito Elétrico
Fig01a circuito desligado
Fig01b circuito ligado
Circuito Elétrico
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Observe as figuras a seguir , são semelhantes às
do inicio, a diferença é que não tem o interruptor.
A lâmpada está apagada pois não existe
caminho para as cargas se deslocarem ( na
Fig1a interruptor aberto ).
Quando um caminho é criado ( no caso da Fig01b
fechando o interruptor ) ligando a lâmpada à
bateria, a lâmpada acende ( a energia dos
elétrons é convertida em luz ).
Circuito Elétrico

É importante notar que o caminho não existe porque o ar é
isolante. Observe que a corrente elétrica tem um sentido
bem definido: a corrente sai do pólo positivo , percorre o
circuito e retorna para a bateria entrando pelo pólo negativo
pois neste caso a corrente é chamada de CONTÍNUA (CC) e
o gerador que a produziu,
GERADOR DE TENSÃO
CONTÍNUA. A corrente cujo sentido está indicado na Fig 02b
é chamada de corrente convencional ( sai do pólo positivo ,
percorre o circuito retornando pelo pólo negativo ). A
corrente real , de elétrons, se movimenta no sentido
contrário ao da corrente convencional . O sentido que é
usado é o convencional.
Circuito Elétrico
Circuito elétrico é todo caminho fechado percorrido pelos elétrons, é
constituído de no mínimo um gerador, fios condutores, e de no mínimo
um receptor ( lâmpada por exemplo ).
Fig02a: circuito aberto
Fig02b: Circuito fechado
Unidades
Grandeza Elétrica
Unidade
Símbolo
Coulomb
C
fluxo de cargas ou
intensidade de
corrente
Ampere
A
Tensão elétrica ou
diferença de
potencial (ddp )
Volt
V
Carga elétrica
Significado Físico
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Assim é que o Coulomb pode ser definido como sendo a
quantidade de carga correspondente a 6,25x1018 elétrons.
1C = 6,25x1018 elétrons.
1 Ampere corresponde a um fluxo de 6,25x1018 elétrons por
segundo
ou
1Coulomb
por
segundo
1A = 1 C/s
genericamente I = Q / t ou Q = I.t
Onde I é a intensidade da corrente em Amperes (A), Q a
quantidade de carga ( em C) que atravessa uma secção do
condutor
no
intervalo
de
tempo
t
(em
s).
Múltiplo e Submúltiplo
Unidade
Coulomb
Ampere
Volt
Submúltiplo
Múltiplo
1milicoulomb=10-3C=1mC
1KiloCoulomb=103C=1KC
1microcoulomb=10-6C=1C
1Megacoulomb=106C=1MC
1nanocoulomb=10-9C=1nC
1Gigacoulomb=109C=1GC
1miliampere=10-3A=1mA
1Kiloampere=103A=1KA
1microampere=10-6C=1A
1Megaampere=106C=1MA
1nanoampere=10-9C=1nA
1Gigaampere=109C=1GA
1milivolt=10-3A=1mV
1Kilovolt=103V=1KV
1microvolt=10-6C=1V
1Megavolt=106C=1MV
1nanovolt=10-9C=1nV
1Gigavolt=109C=1GV
Exemplo1: A intensidade da corrente em um condutor é de 2A.
Qual a quantidade de carga que passa por uma secção do fio em :
a) 1s b) 10s c) 10ms
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
R: De acordo com a expressão dada
acima Q = I.t , onde Q é a carga em C, I a
intensidade em A e t o tempo em s.
Portanto só precisamos substituir na
expressão acima em cada caso:
a) Q = 2A.1s = 2C
b) Q = 2A.10s = 20C
c) Q = 2A.10.10-3s = 20.10-3 A.s = 20mC.
Resistência Elétrica
1a Lei de OHM


Os elétrons ao se deslocarem pelo interior
do condutor se chocarão contra os átomos,
isto é, ao se movimentarem os elétrons
sofrerão uma oposição.
A medida desta oposição é dada pela
resistência elétrica do condutor (R) .
Resistência Elétrica
1a Lei de OHM

A resistência elétrica pode ser calculada se a tensão
aplicada (U) e a intensidade da corrente(I) forem
conhecidas , sendo calculada por:
R = U/I ou

U = R.I
ou ainda
I = U/R
Esta expressão é conhecida por 1a Lei de OHM, na qual
U é especificado em Volts (V) , I em Amperes (A) e a
resistência R será dada em OHMS () .
Exemplo2:
Qual a intensidade
da corrente em um
condutor que tem resistência de 1000 se a tensão aplicada for
de a) 2V b) 100V c) 50mV

R: Para cada caso deveremos especificar
U em Volts e R em OHMS
 a) I = 2V/1000 = 0,002A = 2mA
 b) I = 100V/1000  = 0,1A = 100mA
 c) I = 50mV/1000  = 50.10-3V/1000 
=50.10-3/103  = 50.10-6A = 50A
Exemplo3: Qual deve ser a tensão em um condutor de
10K de resistência para a corrente tenha intensidade de :
a) 2mA b) 0,05A d) 20A
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R: Para determinar a tensão dado a resistência e
a corrente usamos a1ª Lei de OHM na forma :
U = R.I se R em OHMS e I em AMPERES U
será obtido em VOLTS
a) U = 10.103.2.10-3 = 20V
b) U = 10.103.5.10-2= 50.101 =500V
c) U = 10.103.20.10-6= 200.10-3V = 200mV = 0,2V
Condutância (G)
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Dado um condutor de resistência elétrica R, definimos a sua
condutância como sendo:
G = 1/R a condutância é o inverso da resistência e
R = 1/G
Quanto maior a resistência menor a condutância.
Quanto maior a condutância menor a resistência.
A unidade de condutância é chamada de Siemens(S)
1S é a condutância de um condutor que tem uma resistência
de 1.
Resistores
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Resistores são componentes
construídos para apresentar um
determinado valor de resistência elétrica.
Os materiais mais usados na sua
construção são o carbono , metais e ligas.
A Fig03 mostra o aspecto físico de um
resistor de valor fixo e o seu símbolo.
Resistores
Resistores de filme metálico de diversas potências
ou
resistor fixo e símbolo
Resistores para montagem em superfície(SMD).
Resistores Variável

Muitas vezes precisamos que o valor da resistência varie, ( por
exemplo quando você está aumentando o volume do seu rádio,
variando a luminosidade da lâmpada no painel do carro ) neste
caso deveremos usar um resistor variável. Existem diversos tipos
de resistor variável. A Fig05 mostra o aspecto físico de um resistor
variável e o seu símbolo.
ou
Código de Cores

Os valores de resistência não podem ser
quaisquer ( senão viraria uma bagunça !! ) ,
sendo padronizados, e na maioria das
vezes não são escritos , mas sim
codificados na forma de anéis coloridos
colocados ao redor do corpo do resistor.
No caso mais comum são 4 faixas
coloridas , as três primeiras se referem ao
valor nominal e a quarta à tolerância.
Código de Cores
Cor
1ºA.S(A)
Mult.(C)
2ºA.S(B)
Tol(D)
nenhuma
-
-
-
20
Prata
-
-
10-2
10
Ouro
-
-
10-1
5
Preto
-
0
100
Marrom
1
1
101
1
Vermelho
2
2
102
2
Laranja
3
3
103
Amarelo
4
4
104
Verde
5
5
105
Azul
6
6
106
Violeta
7
7
107
Cinza
8
8
108
Branco
9
9
109
Código de Cores


Como deveremos ler o código de um resistor ? De acordo
com a Fig07, temos 4 anéis coloridos ( no caso de
resistores de filme metálico são 5 faixas ):
A primeira faixa representará o 1º algarismo
significativo(1AS), a segunda faixa o 2º algarismo
significativo (2AS) a terceira o fator de multiplicação e a
quarta faixa a tolerância .
Exemplo4: Seja um resistor que tem as três primeiras
faixas vermelhas e a quarta prata. Qual o seu valor
nominal ?


Solução: de acordo com o código de cores
vermelho = 2 e prata quando é a quarta
faixa ( tolerância é 10% ), logo:
R = 22.102 ±10% = 2200 ±220 . O valor
nominal é2K2 e com essa tolerância é
possível encontrar resistores com valor
efetivo de 1980 a 2420.