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TÉCNICO EM MECÂNICA

AULA 4 – Eletrodinâmica

Disciplinas de Eletricidade e Eletrotécnica Industrial

Professor Tarcísio Pollnow Kruger

[email protected] – [email protected]

Itajaí – SC

2017

mailto:[email protected]

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Sumário


Corrente elétrica

Conceito

O fenômeno relativo ao movimento de cargas elétricas é de vital

importância no estudo de eletricidade, posto que neste processo poderá haver transferência de energia de um lugar para outro.


Corrente elétrica

Conceito

Como foi visto em Eletrostática, quando uma carga elétrica é

colocada em uma região onde atua um campo elétrico, tenderá a se movimentar, pois estará sujeita a ação de uma força de origem elétrica.

Em materiais condutores metálicos, devido ao tipo de ligação realizada entre os átomos, existem muitos elétrons fracamente ligados ao núcleos dos átomos, de forma que sejam considerados “elétrons livres”.


Corrente elétrica

Conceito

Na ausência de um campo elétrico, esses elétrons movem-se

desordenadamente descrevendo várias trajetórias com mudanças bruscas de direção ocasionadas por colisões com a rede cristalina do constituída pelos átomos do material. Logo o deslocamento é praticamente nulo.


Corrente elétrica

Conceito

A presença de um campo elétrico altera a trajetória desses elétrons,

apresentando um deslocamento maior em relação ao sentido oposto ao campo, devido a força F= q.E.


Corrente elétrica

Conceito

O conceito de corrente elétrica num condutor pode então ser

entendido como sendo o movimento ordenado de suas cargas elétricas, devido a ação de um campo elétrico estabelecido em seu interior pela aplicação de uma ddp (tensão, voltagem) entre suas extremidades.


Corrente elétrica

Conceito

“Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas no

interior de um condutor.”


Corrente elétrica

Conceito

Quando acionamos a chave de luz do nosso quarto e vemos que a

lâmpada se acende, quase que instantaneamente, temos a impressão de a velocidade com que esses elétrons se move é elevadíssima, contudo na realidade, a velocidade desses elétrons é da ordem de pequenas alguns milímetros/segundo. O que ocorre é que os elétrons se encontram em grande quantidade ao longo dos fios.


Corrente elétrica

Conceito

Assim, quando a chave é acionada, o primeiro elétron “empurra” o

segundo, que por sua vez “empurra” o terceiro, e assim por diante, até chegar ao último elétron localizado na extremidade do fio, junto a lâmpada. Portanto, podemos dizer que a velocidade que os “empurrões” entre os elétrons se propagam é muito grande, mas a velocidade dos elétrons, na verdade é muito pequena.


Corrente elétrica

Intensidade de corrente elétrica

a) Definição: Considerando o esquema ao lado, notamos que existe

um movimento ordenado de cargas elétricas através do condutor. Suponhamos que uma pessoa observasse, durante um intervalo de tempo (t), a quantidade de carga (q) que passou através de uma seção transversal do condutor.


Corrente elétrica


a) Definição:

Denomina-se intensidade de corrente elétrica (I) através do condutor, a relação entre a quantidade de carga (q) e o intervalo de tempo (t).


Corrente elétrica


a) Definição:

A intensidade de corrente elétrica nos informa sobre a quantidade de carga por segundo que atravessa uma seção transversal de um condutor.


Corrente elétrica


b) Unidade:

No sistema internacional de unidades a corrente elétrica é medida em Ampères (A).


Corrente elétrica


b) Unidade:

“1A é a intensidade de uma corrente elétrica que circula num condutor, quando em sua seção transversal passa uma carga de 1C no tempo de 1s”


Corrente elétrica


Problema resolvido:

Uma carga de 360C atravessou uma seção transversal de um condutor num tempo de 20s. Determine a intensidade da corrente que percorreu o condutor no tempo considerado.


Corrente elétrica


Tabela de dimensionamento de condutores

De um modo geral os condutores se dividem em fios e cabos.


Corrente elétrica



A seguir está indicada uma tabela com a capacidade de condução de corrente, de condutores de cobre, em função de suas seções transversais. Esse exemplo serve para dois condutores isolados com PVC, à temperatura ambiente, de 30C° e espaçados horizontalmente. Para outras situações deve consultar a norma NBR 5410 assim como manuais de instalações elétricas.


Corrente elétrica



A seção mínima admitida pela norma NBR5410 para circuitos de iluminação é de 1,5mm2 e para circuitos de força (tomadas) é de 2,5mm2.

Observando a tabela dada, e considerando o valor obtido no exemplo (I=18A) no problema resolvido anterior, deveríamos escolher um fio cuja área fosse de 2,5mm2.


Corrente elétrica

Sentidos da corrente elétrica

a) Eletrônico

É considerado o sentido real da corrente elétrica, pois corresponde ao sentido do movimento dos elétrons, ou seja, a corrente circula do potencial menor (-) para o potencial maior (+).


Corrente elétrica


b) Convencional

Por convenção, é o deslocamento das cargas positivas, ou seja, a corrente, circula do potencial maior (+) para o potencial menor (-).


Corrente elétrica


b) Convencional

Esse sentido de corrente elétrica foi adotado há mais de um século, antes que o elétron fosse descoberto, e continua firmemente estabelecido na literatura da Eletricidade. Na verdade não faz diferença alguma considerar cargas positivas hipotéticas movendo-se em um sentido, ou cargas negativas reais movendo-se em sentido oposto.


Corrente elétrica

Tipos de corrente e medições

a) Corrente contínua (CC ou DC)

Se uma lâmpada for alimentada por uma ddp (tensão) contínua, ela será percorrida por uma corrente contínua, a qual é unidirecional, tendo sempre o mesmo sentido e o mesmo módulo em todos os instantes de tempo, conforme gráfico abaixo.


Corrente elétrica


b) Corrente Alternada (CA ou AC)

Se uma lâmpada for alimentada por uma ddp (tensão) alternada, ela será percorrida por uma corrente alternada, a qual muda periodicamente, sua intensidade, e seu sentido, conforme gráfico abaixo.


Corrente elétrica


c) Corrente retificada (semicondutores)

Uma corrente alternada pode ser transformada em corrente contínua por meio de dispositivos especiais, denominados retificadores. O componente eletrônico fundamental é neste processo é o diodo sendo que ele é fabricado a partir de materiais semicondutores.


Corrente elétrica




Corrente elétrica



Nos diodos (junção de materiais semicondutores), a passagem de corrente elétrica causa a recombinação de portadores de carga. Nos diodos de silício e germânio, essa recombinação libera radiação em principalmente na forma de calor. Já em compostos como o Arseneto de Gálio (GaAs), existe a liberação de energia na forma de luz. Esses diodos são chamados diodos emissores de luz, ou simplesmente LED.


Corrente elétrica



Os LEDs tem as mesma características dos diodos comuns, ou seja, só conduzem quando polarizados diretamente, com um determinado valor de tensão. Comercialmente trabalham com correntes na faixa de 10mA a 50mA e tensões na faixa de 1,5V a 2,5V. Assim para se polarizar um LED deve-se usar um resistor limitador de corrente para que o LED não se danifique.


Corrente elétrica


d) Instrumento de medição

Qualquer aparelho que indique a presença de corrente elétrica em um circuito é denominado galvanômetro. Se a escala deste aparelho for graduada de modo que seja possível medir a intensidade de corrente elétrica, o aparelho receberá o nome de amperímetro.


Corrente elétrica



Quando o instrumento tem sua escala graduada em ampères, é comumente chamado de amperímetro. Há amperímetros que mais sensíveis que podem medir correntes de menor valor, sendo suas escalas graduadas em miliampères (1mA = 1x10-3A) ou microampères (1µA = 1x10-6A). Nestes casos, costumam ser denominados, respectivamente, miliamperímetros e microamperímetros.


Corrente elétrica



Quando desejamos medir a corrente que passa, por exemplo, numa certa lâmpada, devemos ligar o amperímetro em série com lâmpada e toda corrente que passa nessa lâmpada passará através do medidor.


Corrente elétrica



Medição de corrente com um multímetro.


Corrente elétrica




Tela de visualização:


Corrente elétrica




Ajuste de função e escala:


Corrente elétrica




Bornes para cabos:


Corrente elétrica




Cabos:


Corrente elétrica




Exemplo 1: medição de uma corrente contínua de 15mA.


Corrente elétrica





1º - Colocar adequadamente os cabos nos bornes correspondentes;


Corrente elétrica





2º - Colocar as ponteiras do instrumento em série com o circuito, sendo a ponteira vermelha correspondente ao positivo do multímetro é colocada no polo positivo da fonte, e a ponteira preta (COM do multímetro), no polo negativo da fonte.


Corrente elétrica





3º - No visor do instrumento deverá aparecer um valor próximo de 15.00, indicando que a corrente é de 15mA.


Corrente elétrica




Exemplo 2: medição de uma corrente alternada de 120mA.

1º - Colocar adequadamente os cabos nos bornes correspondentes;


Corrente elétrica





2º - Colocar as ponteiras do instrumento em série com o circuito, porém não há necessidade de nos preocuparmos com a polaridade, pois a ddp (tensão) que alimenta o circuito é alternada (muda de polaridade periodicamente).


Corrente elétrica





3º - No visor aparece o valor 120.00 indicando que a corrente medida é de 120mA.


Corrente elétrica

Efeitos da corrente elétrica

a) Efeito magnético

Se colocarmos uma bússola próxima a um condutor percorrido por corrente elétrica, notaremos que ocorre um desvio na sua agulha, evidenciando que existe a presença de um campo magnético em torno do condutor.


Corrente elétrica



Este é um dos efeitos mais importantes da corrente, uma vez que se constitui na base do princípio de funcionamento dos motores, instrumentos de medição, transformadores, etc.


Corrente elétrica



Complementando com mais alguns dispositivos que funcionam baseados no efeito magnético da corrente elétrica, ainda temos os disjuntores, assim como os alicates amperímetros, etc.


Corrente elétrica


b) Efeito térmico (Efeito Joule)

Como consequência das colisões entre elétrons livres e os átomos dos condutores, a energia cinética do elétrons é transferida ao átomo, elevando a temperatura desses condutores.


Corrente elétrica



Embora em alguns casos o efeito Joule seja indesejável porque, além de representar perda de energia elétrica, pode causar também danos nos condutores, motores, geradores, transformadores, as vezes ele é bastante útil, como nos chuveiros, ferros de passar roupa, secadores de cabelo, fornos elétricos, solda elétrica, etc.


Corrente elétrica



Fusíveis: Quando um circuito é percorrido por corrente elétrica, provoca aquecimento dos condutores. Quando esse aquecimento se torna exagerado, precisamos proteger as ligações elétricas, bem como os aparelhos ligados nela. Recorremos então aos fusíveis, dispositivos de baixa temperatura de fusão, os quais podem “queimar” com a passagem de corrente elétrica.


Corrente elétrica


c) Efeito Químico

Esse efeito ocorre quando se faz a corrente elétrica atravessar soluções eletrolíticas, provocando transformações químicas. É usado industrialmente, nos processos de galvanização, que consistem em revestir um metal com outro (cobre, níquel, prata, etc.).


Corrente elétrica


d) Efeito Luminoso

O efeito baseia-se no fato de gases ionizados emitirem luz quando atravessados por uma corrente elétrica. Como exemplo, temos as lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de vapor de mercúrio (usada na iluminação de quadras esportivas), e as lâmpadas de vapor de sódio (usadas em iluminação de vias públicas).


Corrente elétrica


d) Efeito Fisiológico

Quando uma corrente elétrica atravessa um organismo vivo, além dos efeitos térmicos e químicos, ocorrem também efeitos sobre os nervos e músculos.


Corrente elétrica



Uma corrente da ordem de 10mA, atravessando o organismo de uma pessoa, provoca uma sensação de desconforto, sendo que, acima deste valor, a corrente ocasiona uma perda do controle sobre os músculos, provocando contrações conhecidas como “choques”.


Corrente elétrica



Todas as funções do corpo humano são controladas por eletricamente. Através de sinais elétricos que viajam pelo sistema nervoso, o cérebro (computador central) recebe estas impressões e envia instruções para o resto do corpo. Neste processo todo, o fundamental são os neurônios.


Corrente elétrica



A tensão elétrica dos impulsos nervosos é da ordem de 100mV e os sinais transmitidos (cérebro ao sistema acionado) levam em torno de 0,04s. Inclusive, utilizam-se exames clínicos de natureza elétrica, como eletrocardiograma e eletroencefalograma, para se efetuar investigações médicas.


Corrente elétrica



Verifica-se que a nossa sensibilidade à corrente elétrica é acentuada, isto é, correntes relativamente pequenas podem causar dor e, até mesmo, a morte. De fato, para a maioria das pessoas observa-se que:


Eletrodinâmica

Referências bibliográficas:

SILVA FILHO, MATHEUS TEODORO. Fundamentos de eletricidade. Rio de Janeiro: LTC, 2011.

GUSSOW, Milton. Eletricidade básica. 2ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books,1997.

BOYLESTAD, R. L. Introdução à Análise de Circuitos. 10ª ed. Pearson Education, 2004

FOWLER, Richard. Fundamentos de eletricidade. 7ª ed. Vol. 1 e 2. São Paulo: Makron Books, 2013.

ALVARENGA, Beatriz; MÁXIMO, Antônio. Curso de Física. Vol. 3. São Paulo: Scipione, 2006.

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