Aula 5_2 Corrente Elétrica Circuitos CC Simples

Física Geral e Experimental III

Prof. Cláudio Graça

Capítulo 5

Conteúdo

• Corrente elétrica e energia dissipada Fem real e receptor

Potência elétrica

Acoplamento ótimo

Efeito Joule e dimensão dos condutores

• Elementos de um circuito Condutores e Isolantes

Semicondutores

Supercondutores

Baterias

Outras fontes de fem

Capítulo: 5

e R

I

GERADOR ELÉTRICO

Dispositivo que transforma uma certa forma

de energia em energia elétrica.

RECEPTOR ELÉTRICO

Dispositivo que transforma energia elétrica

em outra forma de energia (exemplo, luz,

calor, mecânica etc.)

GERADOR e RECEPTOR ELÉTRICOS

Fonte Ideal e Real

As fontes de tensão (fem) sejam baterias ou geradores não são ideais, pois possuem uma resistência interna r. A resistência interna, na realidade não existe, de maneira que a possamos ver, e a sua determinação só pode ser feita de maneira indireta, ou deduzida.

Como se obtêm a resistência interna de uma fonte? a) Mede-se a tensão da fonte nos seus terminais sem carga, VSC

b) Mede-se a corrente I que circula no circuito quanto existe uma carga R, e a tensão com carga, VCC, c) A resistência interna r, será obtida aplicando a lei das malhas:

Fonte Ideal e Real

Fonte de tensão A queda de tensão da fonte devido à corrente I depende da razão entre a resistência de carga R e a resistência interna r, de forma que, se R>> r, a fonte de tensão pode ser considerada como aproximadamente uma fonte de tensão ideal. Fonte de corrente A corrente I fornecida pela fonte e que atravessa o resistor R depende da razão R/r, de forma que se, R<< r, a fonte de corrente pode ser considerada como aproximadamente uma fonte de corrente ideal.

R>>r R<<r

Potência • Baterias:

Armazenam energia de forma química. Quando conectadas ao circuito a energia é transferida para o movimento dos elétrons. Isto ocorre a potencial elétrico constante.

– A bateria fornece energia para o circuito.

– O outros elementos, como as resistência, dissipam energia, sob a forma de luz e calor

• A energia total fornecida pela fonte nem sempre é utilizada.

– Que quantidade de energia é necessária para iluminar a sua casa e qual a duração da mesma?

– Relembrar a relação entre potência e energia.

Potência - Como se calcula a potência?

•Para uma carga pontual, ou

•Tensão constante

• Para a potência dissipada por um resistor, utilize a Lei de Ohm.

Potência dissipada por um

resistor

Potência

• Qual o significado da potência?

– A potência de uma bateria é igual à taxa de trabalho por unidade de tempo fornecida para movimentar um motor elétrico ou aquecer um forno etc.

– A potência dissipada por um resistor, é a quantidade de energia por unidade de tempo fornecida para aquecer, ou produzir luz….

• Um filamento de lâmpada é um resistor que ao aquecer-se fica incandescente emitindo luz (calor e luz)

• Uma lâmpada de 200 W é mais brilhante que uma de 75 W mesmo ligada à mesma tensão.

Condutores e Fontes • Condutores:

a função dos condutores é produzir uma diferença de potencial nula entre 2 pontos.

• O campo elétrico nunca será exatamente nulo...

• Em circuitos comuns, os condutores devem ter resistência muito próximo a zero.

• Baterias (fornecem energia a uma tensão

constante):

a sua função é fornecer uma diferença de

potencial constante entre 2 pontos. • A diferença de potencial depende da

conversão, elétrica química. Nas fontes, ditas reais (ou não ideais) aparece o conceito de “resistência interna” da fonte.

+ -

V + -

OR

Fontes (reais) • Parametrização com “resistência

interna” r em série com e

• e: “fem”

e

R

I I

r V

V Ir e

0IRIr e

IR r

e

VR

R r

e

Potência dissipada no resistor R:

P I 2R e2R

(R r)2

Pmax quando R/r =1 !

= V(I=0)

e

e

0dR

dP

;)rR(

Rr]

)rR(

R2)rR[(

dR

dP3

2

2

22

Potência em função da carga

Como calcular as dimensões dos resistores?

Como calcular o diâmetro de um condutor?

Como calcular o diâmetro de um condutor?

No caso particular em que perda de energia ocorra somente por radiação teremos pela Lei de Stefan Boltzmann, para a energia radiada:

Como calcular o diâmetro de um condutor?

No caso particular em que perda de energia ocorra somente por radiação teremos pela Lei de Stefan Boltzmann, para a energia radiada:

Cálculo da das dimensões do condutor pela queda de tensão?

Fontes de Força Eletromotriz

• Baterias

• Células Solares

• Termopares

• Microfone dinâmico

• Células de Combustível

Fontes de Força Eletromotriz

Baterias Ácido-Chumbo

Eletrólito: ácido muriático ( mistura de 36% H2SO4 e 64% de

água destilada, densidade específica 1,270 a 20oC.

Fontes de Força Eletromotriz

Baterias Ácido-Chumbo

Fontes de Força Eletromotriz

Baterias Ácido-Chumbo

Fontes de Força Eletromotriz

Baterias Ácido-Chumbo

Densidade % da carga

1.270 100 %

1.230 75%

1.190 50%

1.145 25%

1.100 0%

Fontes de Força Eletromotriz

Pilhas & Baterias

Fontes de Força Eletromotriz

Pilhas & Baterias

• As pilhas e as baterias e demais fem, empregam substâncias

tóxicas e por conseqüência poluentes. A regra geral é não

desmonta-las, armazenado-as em lugar seguro. A legislação

em geral obriga os fabricantes a receber a usada no ato da

compra de uma nova.

• Baterias de telefones celulares, calculadoras filmadorea etc...

não devem ser jogadas no lixo, ou em lugares fora do

controle do usuário que ao final será o responsável pelo seu

destino... Entregue só a recicladores credenciados...

Fontes de Força Eletromotriz

Células Solares

O que é uma célula

solar

(fotovoltaica)?

• Converte energia solar direto em energia elétrica DC

– Fornece tensão e corrente para uma carga resistiva (luz, bateria ou

motor).

• É como uma bateria pois fornece potência DC.

• É diferente da bateria pois a tensão depende da resistência da carga.

Fontes de Força Eletromotriz

Usos das Células Solares

• Pode se tornar útil na geração

domiciliar, injetando energia na rede

• Fonte renovável

• Energia em locais remotos

Fontes de Força Eletromotriz

Materiais Termoelétricos

250C

T

VS

• Efeito Seebeck:

Pt Bi, Cr, Si…

V

T1 T2

Pt

• Eletronica • Optoeletronica • Automóvel

• Refrigeração térmoelétrica

• Termopar: • Refrigeração termoelétrica(Peltier}:

Q

p n I I

Metal Cold

Hot

Fontes de Força Eletromotriz

Microfone Dinâmico

Fontes de Força Eletromotriz

Células de Combustível

Célula hidrogênio-oxigênio

2H2 => 4H++4e- reação anódica

O2+4H++4e- => 2H2O reação catódica

------------------------------------------------

O2 +2H2 => 2H2O reação global

Fontes de Força Eletromotriz

Células de Combustível

• Tetrahydridoborato de sódio, NaBH4, fornece alto

rendimento.

• Metanol CH3OH, mais barato

• Aldeido fórmico

• Etanol C2H5OH

• Qualquer outro alcool

Outros combustíveis

Fontes de Força Eletromotriz

Reciclar Pilhas & Baterias

As pilhas e as baterias e demais fem, empregam substâncias

tóxicas e por conseqüência poluentes. A regra geral é não

desmonta-las, armazenado-as em lugar seguro. A legislação

em geral obriga os fabricantes a receber a usada no ato da

compra de uma nova.

Baterias de telefones celulares, calculadoras filmadores etc...

não devem ser jogadas no lixo, ou em lugares fora do

controle do usuário que ao final será o responsável pelo seu

destino... Entregue só a recicladores credenciados...

Fontes de Força Eletromotriz

Resoluções do CONAMA

O Conselho Nacional de Meio Ambiente (Conama) elaborou uma resolução (n° 257/99), que disciplina o descarte e o gerenciamento adequado de pilhas e baterias usadas: “As pilhas e baterias que contenham em suas composições chumbo, cádmio, mercúrio e seus compostos, necessário ao funcionamento de quaisquer tipos de aparelhos,..., após seu esgotamento energético, serão entregues pelos usuários aos estabelecimentos que as comercializam ou à rede de assistência técnica autorizada pelas respectivas indústrias, para repasse aos fabricantes ou importadores, para que estes adotem diretamente, ou por meio de terceiros, os procedimentos de reutilização, reciclagem, tratamento ou disposição final ambientalmente adequado”. Consta que os fabricantes de pilhas comuns já eliminaram completamente o mercúrio e o cádmio, somente resta o chumbo e em todos os sites dos fabricantes diz-se que as mesmas podem ser jogadas no lixo!!! Município de Santa Maria Lei n.º 4.739 de 24/12/2003. Obriga as empresas que comercializam baterias e pilhas e estabelecimentos comerciais de Santa Maria a instalarem recipientes para coletar baterias de telefonia móvel (celular) e pilhas portáteis e dá outras providências.