Física Aplicada Conceitos Básicos de Eletricidade Conceitos Básicos 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 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 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 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 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 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 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=1C 1Megacoulomb=106C=1MC 1nanocoulomb=10-9C=1nC 1Gigacoulomb=109C=1GC 1miliampere=10-3A=1mA 1Kiloampere=103A=1KA 1microampere=10-6C=1A 1Megaampere=106C=1MA 1nanoampere=10-9C=1nA 1Gigaampere=109C=1GA 1milivolt=10-3A=1mV 1Kilovolt=103V=1KV 1microvolt=10-6C=1V 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 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 = 50A 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) 20A 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) 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 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.
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