Circuitos Elétricos
Conceitos Básicos
Alessandro L. Koerich
Engenharia de Computação
Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR)
Introdução
• Em engenharia, geralmente estamos
interessados em:
– Comunicar ou
– Transferir energia de um ponto a outro
• Para isso é necessário uma interconexão entre
dispositivos elétricos
– Interconexão → circuito elétrico
– Componentes do circuito → elemento
Um circuito elétrico é uma interconexão de elementos elétricos
Introdução
• Elementos elétricos:
– Bipolo
– Transistores
– Amplificador operacional
Introdução
• Circuitos elétricos:
– Conjunto de elementos elétricos interconectados de
modo específico.
Introdução
• Circuito elementar
Introdução
Sistemas de Unidades
• SI: Linguagem padrão que todos os profissionais
possam entender, a despeito do país.
• SI: unidades principais.
• SI: prefixos baseados em potências
de 10.
Unidades
•
Coulomb (C): unidade básica usada na medida de cargas elétricas
•
Ampère (A): unidade usada para medir corrente elétrica
•
Volt (V): unidade usada para medir diferença de potencial elétrico
•
Newton (N): unidade usada para medir força (força requerida para
acelerar uma massa de 1 kg a 1 m/s2).
•
Joule (J): unidade de medida de trabalho ou energia (1 J = 1 N·m)
•
Watt (W): unidade de medida de potência (1 W = 1 J/s)
Carga
• O conceito de carga elétrica é o princípio fundamental
para explicar todos os fenômenos elétricos.
• Também, a quantidade básica em um circuito elétrico é a
carga elétrica.
• Carga elétrica é a propriedade elétrica das partículas
atômicas que compõem a matéria, medida em coulomb
(C).
Carga
• Sabemos que toda matéria é composta
fundamentalmente por átomos e que cada átomo
consiste de elétrons, prótons e neutrons.
• Sabemos também que a carga e de um elétron é
negativa e de magnitude igual a 1,602 10-19 C ,
enquanto um proton carrega carga positiva de mesma
magnitude.
Carga
• Existem três propriedades relacionadas à carga elétrica:
a) O coulomb é uma unidade muito grande. Em 1C cabem
6,24·1018 elétrons. Portanto, valores observados em laboratório
são da ordem de pC, nC ou μC.
b) De acordo com observações experimentais, as únicas cargas
que podem ocorrer na natureza são múltiplos da carga
eletrônica e = -1,602·10-19C.
c) A lei de conservação de carga afirma que não se pode criar ou
destruir cargas elétricas, apenas as transferir. Portanto, a soma
algébrica das cargas elétricas em um sistema não pode ser
alterada.
Carga
• Uma característica única da carga elétrica é que
ela é móvel:
– Pode ser transferida
– Pode ser convertida
Corrente Elétrica
• É a taxa de variação de cargas elétricas em relação ao
tempo e é medida em ampères (A)
• É a quantidade de cargas elétricas que atravessam uma
superfície de referência por unidade de tempo:
=
( )
• Existem dois tipos de corrente que são tipicamente
empregados em circuitos elétricos e que são definidos
como:
a) Corrente contínua (CC) é aquela que não varia com o tempo.
b) Corrente alternada (CA) é a corrente que varia senoidalmente
com o tempo.
Corrente Elétrica
Contínua
[cc dc]
Senoidal
[ca ac]
Tensão
• A tensão (força eletromotriz ou diferença de potencial)
entre dois pontos ‘a’ e ‘b’ de um circuito é a energia
necessária para mover uma unidade de carga do ponto
‘a’ para o ponto ‘b’.
• Sua unidade de medida é o volt (V) e pela definição fica
evidente que 1V corresponde a um joule por coulomb:
=
( )
Tensão
É igual!!!
Potência e Energia
• Para propósitos práticos, devemos saber
também a potência que um dispositivo elétrico
pode suportar.
Potência
• Da física, potência é o trabalho em função da
variação do tempo:
=
=
( )
• Das equações anteriores, temos:
=
=
∙
=
• Então, a potência absorvida ou fornecida por um
elemento é o produto da tensão sobre este
elemento e a corrente através dele.
Potência
• Absorvendo potência
p=+vi
• Fornecendo potência
p=-vi
Potência
Conveção do sinal passivo: é
satisfeita quando a corrente
entra através do terminal
positivo de um elemento e p=vi.
Se a corrente entra através do
terminal negativo, p=-vi.
Potência
• Lei da conservação de energia:
+
ê
=−
ê
=0
• Das equações anteriores, temos a energia
absorvida ou fornecida por um elemento do
tempo t0 a t é:
=
=
Energia é a capacidade de realizar trabalho, medida em joules (J)
Energia
• As companhias de distribuição de energia
medem a energia em watt-hora (Wh), onde 1Wh
= 3,600 J.