Elétrica e Eletrônica: setembro 2011

quarta-feira, 14 de setembro de 2011

Corrente Elétrica

A corrente elétrica é um fluxo de elétrons que circula por um condutor quando entre suas extremidades houver uma Tensão.
Condutor é todo material que permite a mobilidade fácil dos elétrons, sendo os melhores condutores os metais. Quando o material não permite essa mobilidade dos elétrons, ele é dito isolante, por exemplo, madeira.

O Cobre é o metal mais utilizado na indústria eletroeletrônica. Observando a imagem ao lado podemos perceber que ele possui 29 elétrons distribuídos em 4 camadas. A 4ª camada exterior está incompleta, possuindo apenas 1 elétron e a distância desse para o núcleo nos sugere que ele está fracamente ligado ao restante do átomo de cobre,como no interior do átomo há uma repulsão entre elétrons e uma atração entre prótons então à medida que cresce a distância entre o núcleo e os elétrons em órbita, a força de ligação diminui, portanto se este elétron receber energia suficiente do meio externo ( própria temperatura ambiente) para se libertar do átomo, passará a ser chamado de elétron livre.

Em um centímetro cúbico de cobre, à temperatura ambiente, há aproximadamente 1,4 x 10²⁴elétrons livres.

Os elétrons Livres são aqueles elétrons que não estão presos a um átomo e não possuem uma direção definida. Se uma Diferença de Potencial for aplicada entre os extremos do condutor, esse movimento das cargas passará a ser um movimento organizado dirigido em um único sentido. Quando isso ocorre, dizemos que uma corrente elétrica foi estabelecida no condutor.

Os elétrons e a corrente elétrica não são visíveis, mas podemos comprovar sua existência conectando, por exemplo, uma lâmpada a uma bateria. Entre os terminais do filamento da lâmpada existe uma diferença de potencial causada pela bateria, logo, os elétrons livres (de carga negativa) serão atraídos pelo terminal positivo. O terminal negativo da bateria funciona como uma fonte de elétrons que são atraídos à medida que os elétrons livres do fio de cobre se deslocam no sentido do terminal positivo. A atividade química da bateria produzirá uma absorção de elétrons no terminal negativo. O fluxo de carga através da lâmpada provocará o aquecimento do filamento até que ele fique incandescente, emitindo assim a luz desejada.

Se 6,242 x 10¹⁸ elétrons atravessam em um segundo, com velocidade uniforme a seção reta circular imaginária do condutor visto na figura ao lado, se diz que o fluxo de carga corresponde a 1 ampère (A), em homenagem ao físico francês André Marie Ampère (1775-1836).

Bibliografia:

Livros:

Boylestad, R. L. - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS - 10ª Edição.

Pearson Education do Brasil. São Paulo /SP. 2004.

Sites:

Disponível em:

http://www.corradi.junior.nom.br/eletricidade_bas.pdf

Acessado em 14/09/2011

Sentido da Corrente Elétrica

Existem dois sentidos adotados para a corrente elétrica, o sentido convencional e o sentido real.

O sentido convencional foi adotado porque quando a eletricidade foi descoberta, acreditava-se que a carga se deslocava do pólo positivo para o negativo, mas na verdade os elétrons têm carga negativa, portanto o sentido real da corrente elétrica é do pólo negativo para o positivo.

Diferença de Potencial

No circuito mostrado acima, o acúmulo de cargas negativas (elétrons) no terminal negativo, enquanto cargas positivas (íons positivos) se acumulam no terminal positivo, ou seja, a falta de elétrons em um pólo e o excesso em outro origina uma diferença de potencial (d.d.p). Se conectarmos os dois terminais através de um condutor, os elétrons acumulados no terminal negativo terão energia suficiente para alcançar o terminal positivo.

A unidade da tensão elétrica, é o volt (V) em homenagem ao Físico Italiano Alessandro Volta.

Portanto, a tensão é um indicador da quantidade de energia envolvida na movimentação de uma carga entre dois pontos de um sistema elétrico. Ao contrário, quanto mais alta for a tensão fornecida por uma fonte de energia, maior será a quantidade de energia disponível para mover cargas no sistema.

Em resumo, a diferença de potencial (em volts) aplicada por uma fonte de tensão sobre um circuito elétrico é a pressão que coloca o sistema em operação e causa o fluxo de cargas, ou corrente, pelo sistema elétrico. Uma analogia mecânica para a tensão aplicada é a diferença de pressão aplicada na água em uma mangueira. O fluxo de água resultante nesse sistema é semelhante ao fluxo de carga em um circuito elétrico. Sem a pressão aplicada pela torneira, a água simplesmente permanece em repouso na mangueira, de forma semelhante aos elétrons de um fio de cobre. que não tem uma direção comum de movimento sem a aplicação de uma tensão elétrica.

Em geral, a diferença de potencial entre dois pontos é definida por:

Lembrando: D.D.P também é conhecida por Tensão elétrica ou Voltagem.

Bibliografia:

Livros:

Boylestad, R. L. - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS - 10ª Edição.

Pearson Education do Brasil. São Paulo /SP. 2004.

Sites:

Disponível em:

http://www.corradi.junior.nom.br/eletricidade_bas.pdf

http://www.labeletronica.com/eletronica-para-informatica/parte-3--corrente-tensao-resistencia-potencia-e-frequencia

Acessado em 14/09/2011

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Resistências

Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms.

Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um condutor metálico, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. Nesse movimento, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os elétrons encontram certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor. Para medir essa resistência, os cientistas definiram uma grandeza que denominaram resistividade elétrica.

A unidade de medida da resistência é o Ohm, cujo símbolo é a letra grega maiúscula ômega (Ω).

O nome desta unidade é uma homenagem a Georg Simon Ohm (1787-1854), que descobriu relações matemáticas envolvendo as dimensões dos condutores e as grandezas elétricas, definindo o conceito de resistência elétrica e formulando o que passou a ser chamada Lei de Ohm.

Fatores que influenciam a resistência.

A resistência elétrica depende de quatro fatores:

Material representado por P.
Comprimento L.
Seção transversal A.
Temperatura T.

Ρ= é a resistividade elétrica (em ohm metros, Ωm);

L= é o comprimento do material (medido em metros);

A= é a área da seção do material.

Resistividade P de alguns materiais

*Material*	*ρ @ 20º C (ohms-metros)***
Prata	1,58 × 10^-8
Cobre	1,67 × 10^-8
Alumínio	2,65 × 10^-8
Ferro	9,71 × 10^-8
Carbono	(3 – 60) × 10^-5
Silício	0,1 – 60
Vidro	10⁹ – 10¹²
Borracha	10¹³ – 10¹⁵

Portanto, corrente, tensão e resistência elétrica estão relacionadas entre si. Por exemplo, se pegarmos um condutor que possui determinada resistência elétrica e a ele aplicarmos uma tensão, faremos com que circule certa corrente por esse condutor. Se dobrarmos a tensão aplicada, a corrente também dobra. Essa relação é mostrada na primeira lei de Ohm:

Tensão é igual ao Valor da resistência multiplicado pelo valor da corrente.

V=R.I

Resistência é igual ao valor da tensão dividido pelo valor da corrente

R=V/I

Corrente é igual ao valor da tensão dividido pelo valor da resistência.

I= V/R

Com isso, a resistência depende do metal através do qual os elétrons irão circular, quando o condutor for percorrido por uma corrente elétrica, ele vai se aquecer, por isso que, num ferro de passar roupas, num secador de cabelos ou chuveiro, o calor é produzido pela corrente que atravessa fio metálico que serve como elemento resistivo. Quando metal aquece, dá-se o nome de efeito Joule. É devido àqueles choques descritos anteriormente, dos elétrons contra os átomos que a energia cinética média de oscilação de todos os átomos aumenta. Isso se manifesta como um aumento da temperatura do condutor.

Logo:

· Quanto mais fino o condutor, maior a resistência.

Quanto maior a corrente que circula por um fio, maior a queda de tensão nele

Bibliografia:

Livros:

Boylestad, R. L. - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS - 10ª Edição.

Pearson Education do Brasil. São Paulo /SP. 2004.

Sites:

Disponível em:

http://www.labeletronica.com/eletronica-para-informatica/parte-3--corrente-tensao-resistencia-potencia-e-frequenciahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_el%C3%A9trica

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Capacitores

Os capacitores são componentes que, embora não conduzam corrente elétrica entre seus terminais são capazes de armazenar cargas elétricas, e conseqüentemente energia elétrica. Ele é constituído de duas peças condutoras que são chamadas de armaduras. Entre essas armaduras existe um material que é chamado de dielétrico. Dielétrico é uma substância isolante que possui alta capacidade de resistência ao fluxo de corrente elétrica. Qualquer substância que for submetida a uma intensidade muito alta de campo elétrico pode ser tornar condutor, por esse motivo é que o dielétrico é mais utilizado do que o ar como substância isolante, pois se o ar for submetido a um campo elétrico muito alto ele acaba por se tornar condutor.

Quanto à sua aparência externa, podem variar de acordo com a voltagem máxima,
capacitância e disposição de seus terminais.

É denominada capacitância a propriedade que os capacitores têm de armazenar cargas elétricas na forma de campo eletrostático. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de capacitância é o farad (F). O farad recebeu este nome em homenagem a Michael Faraday, um químico e físico inglês do século XIX. Entretanto, na prática esta unidade se mostra muito grande para a maioria das aplicações; assim, é mais comum usarmos o microfarads (10^-6) ou picofarads (10^-12). Expressa em forma de equação, a capacitância é definida por:

C= farads(F); Coulombs (C); V= Volts (V)

Aplicações

Os capacitores podem ser utilizados em câmeras fotográficas e também como filtro de linha como um dispositivo de segurança para nossos computadores, TVs, aparelhos de CD e outros instrumentos sensíveis a surto de tensão. Além da proteção dos equipamentos contra surtos de inesperados de tensão e corrente, as unidades de proteção de maior qualidade também filtram (removem) interferência eletromagnética e interferência de radiofrequência.

Bibliografia:

Livros:

Boylestad, R. L. - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS - 10ª Edição.

Pearson Education do Brasil. São Paulo /SP. 2004.

Sites:

Disponível em:

http://www.brasilescola.com/fisica/capacitores.htm

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Indutores

Os indutores são bobinas de várias dimensões onde a energia elétrica é armazenada no campo magnético criado pelas correntes que circulam por ele.

As bobinas de filtro são usadas em fontes de alimentação para suavizar variações em corrente de alimentação. As bobinas de filtro são geralmente projetadas para suportar correntes de intensidades relativamente altas. São enroladas sobre núcleos laminados de ferro.

Os indutores, como os capacitores, opõem-se ao fluxo da corrente alternada. Nos capacitores, quanto maior a freqüência, menor a oposição que o capacitor oferece ao fluxo da corrente alternada.

Se uma bobina de N espiras é colocada em uma região onde o fluxo é variável, a tensão induzida na bobina pode ser calculada com o auxílio da lei de Faraday.

Onde N é o numero de espiras da bobina.

é a taxa de variação do fluxo que atravessa a bobina. Para que o fluxo varie basta que a bobina esteja se movendo em uma região onde o campo não é uniforme ou que a intensidade do campo esteja variando.

A propriedade de uma bobina se opor a qualquer variação de corrente é medida pela sua auto-indutância, L.

Os indutores são bobinas de varias dimensões projetadas para introduzir quantidades especificas de indutância em um circuito. A indutância de uma bobina depende das propriedades magnéticas de seu núcleo. Materiais ferromagnéticos são freqüentemente usados para aumentara indutância, aumentando o fluxo no interior da bobina: