ELETRICIDADE

CAPÍTULO 2

ELEMENTOS DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS

2.1 - INTRODUÇÃO - EXISTEM CINCO ELEMENTOS BÁSICOS IDEAIS QUE SÃO UTILIZADOS EM CIRCUITOS

ELÉTRICOS.

- ELEMENTOS ATIVOS (GERAM ENERGIA ELÉTRICA) :

– FONTES DE TENSÃO;

– FONTES DE CORRENTE.

- ELEMENTOS PASSIVOS (CONSOMEM ENERGIA ELÉTRICA) :

– RESISTORES – TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA EM TÉRMICA;

– INDUTORES – ARMAZENAM ENERGIA NA FORMA DE CAMPO MAGNÉTICO;

– CAPACITORES – ARMAZENAM ENERGIA NA FORMA DE CAMPO ELÉTRICO.

- NESTE CAPÍTULO SÃO DISCUTIDAS AS CARACTERÍSTICAS DAS FONTES DE TENSÃO, DAS FONTES DE CORRENTE E DOS RESISTORES.

- AS RELAÇÕES MATEMÁTICAS ENTRE TENSÕES, CORRENTES E RESISTORES SÃO ALGÉBRICAS.

2.2 – FONTES DE TENSÃO E CORRENTE

- UMA FONTE DE ENERGIA ELÉTRICA É UM DISPOSITIVO CAPAZ DE TRANSFORMAR OUTRAS FORMAS DE ENERGIA EM ENERGIA ELÉTRICA.

- UMA BATERIA TRANSFORMA ENERGIA QUÍMICA EM ENERGIA ELÉTRICA.

- UM GERADOR, TRANSFORMA ENERGIA MECÂNICA EM ENERGIA ELÉTRICA.

- UM AEROGERADOR, TRANSFORMA ENERGIA EÓLICA EM ENERGIA ELÉTRICA.

- UM PAINEL FOTOVOLTÁICO, TRANSFORMA ENERGIA EM ENERGIA ELÉTRICA.

- ESTES DISPOSITIVOS SÃO CAPAZES DE FORNECER ENERGIA ELÉTRICA MANTENDO A TENSÃO, OU A CORRENTE, EM VALORES PRATICAMENTE CONSTANTES, DENTRO DE CERTAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO.

2.2 – FONTES DE TENSÃO E CORRENTE - EM TERMOS IDEAIS CONSIDERA-SE QUE A TENSÃO, OU A CORRENTE, FORNECIDAS,

SÃO CONSTANTES. PORTANTO:

- ESSES ELEMENTOS DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS NÃO TÊM EXISTÊNCIA CONCRETA – SÃO APENAS MODELOS IDEALIZADOS DAS FONTES REAIS.

- NAS FONTES REAIS DE TENSÃO, A TENSÃO EM SEUS TERMINAIS VARIA EM FUNÇÃO DA CORRENTE FORNECIDA.

UMA FONTE IDEAL DE TENSÃO É UM ELEMENTO CAPAZ DE MANTER UMA TENSÃO ESPECIFICADA ENTRE SEUS TERMINAIS, QUALQUER

QUE SEJA A CORRENTE QUE A ATRAVESSA

UMA FONTE IDEAL DE CORRENTE É UM ELEMENTO CAPAZ DE MANTER UMA CORRENTE ESPECIFICADA ATRAVÉS DE SEUS

TERMINAIS, QUALQUER QUE SEJA A TENSÃO ENTRE OS MESMOS

- NAS FONTES REAIS DE CORRENTE, A CORRENTE VARIA EM FUNÇÃO DA TENSÃO EM SEUS TERMINAIS.

- AS FONTES TAMBÉM PODEM SER DEPENDENTES E INDEPENDENTES.

2.2.1 – FONTES INDEPENDENTES - FONTE INDEPENDENTE É AQUELA QUE ESTABELECE UMA TENSÃO, OU CORRENTE, EM

UM CIRCUITO INDEPENDENTEMENTE DOS VALORES DE TENSÃO OU CORRENTE EM OUTROS PONTOS DO CIRCUITO.

- O VALOR DA TENSÃO OU CORRENTE FORNECIDA DEPENDE APENAS DO VALOR DA FONTE.

- AS BATERIAS E OS GERADORES SÃO EXEMPLOS DE FONTES INDEPENDENTES.

- DEVE-SE RESSALTAR QUE A CORRENTE RESULTANTE, i(t), NA FONTE DE TENSÃO DEPENDE DO RESTANTE DO CIRCUITO ELÉTRICO.

- DEVE-SE RESSALTAR QUE A TENSÃO RESULTANTE, v(t), NOS TERMINAIS DA FONTE DE CORRENTE DEPENDE DO RESTANTE DO CIRCUITO ELÉTRICO.

v(t) = 12 V

v(t) = 179,6.cos(377t) V

v(t) = 12-2.t V

v(t) = 15.e-5.t V

i(t) = -10 mA

i(t) = 8,98.cos(377t) A

i(t) = 5.t2 – 2.t + 4 A

i(t) = 5.e2.t A

- ALGUNS FATORES, TAIS COMO TEMPO DE VIDA DA FONTE, TEMPERATURA DE OPERAÇÃO, QUALIDADE DO EQUIPAMENTO, ETC.., AFETAM O VALOR ESPECIFICADO DE CADA FONTE.

2.2.2 – FONTES DEPENDENTES

- FONTE DEPENDENTE, OU CONTROLADA, É AQUELA QUE ESTABELECE UMA TENSÃO, OU CORRENTE, EM UM PONTO DO CIRCUITO CUJO VALOR DEPENDE DO VALOR DA TENSÃO OU DA CORRENTE EM UM OUTRO PONTO DO CIRCUITO.

- SÓ SE PODE ESPECIFICAR O VALOR DE UMA FONTE DEPENDENTE CONHECENDO-SE O VALOR DA TENSÃO OU DA CORRENTE DA QUAL ELA DEPENDE.

- ALGUNS DISPOSITIVOS, COMO OS TRANSISTORES E OS AMPLIFICADORES, ATUAM COMO FONTES CONTROLADAS.

- AS FONTES DEPENDENTES CONSISTEM EM DOIS ELEMENTOS: O ELEMENTO DE CONTROLE E O ELEMENTO CONTROLADO.

- O ELEMENTO DE CONTROLE PODE SER UM CIRCUITO ABERTO OU UM CURTO-CIRCUITO.

- O ELEMENTO CONTROLADO PODE UMA FONTE DE TENSÃO OU UMA FONTE DE CORRENTE.

2.2.2 – FONTES DEPENDENTES - EXISTE QUATRO TIPOS DE FONTES DEPENDENTES COMO MOSTRA A FIGURA A SEGUIR.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES

- O FLUXO DE CARGA ELÉTRICA ( ELÉTRONS ) ATRAVÉS DE QUALQUER MATERIAL ENCONTRA A OPOSIÇÃO DE UMA FORÇA SEMELHANTE, EM MUITOS ASPECTOS, AO ATRITO MECÂNICO.

2.3.1 – RESISTÊNCIA

- ESSA OPOSIÇÃO, RESULTANTE DAS COLISÕES ENTRE ELÉTRONS DO MATERIAL É DENOMINADA RESISTÊNCIA DO MATERIAL.

- A UNIDADE SI DE MEDIDA DA RESISTÊNCIA É O OHM, CUJO SÍMBOLO É A LETRA GREGA MAIÚSCULA ÔMEGA ( ).

- O SÍMBOLO UTILIZADO PARA REPRESENTAR A RESISTÊNCIA É A LETRA R ( r ) E, EM TERMOS DE DIAGRAMAS DE CIRCUITOS, TEMOS O SÍMBOLO MOSTRADO A SEGUIR.

- A RESISTÊNCIA DE QUALQUER MATERIAL DE SEÇÃO RETA UNIFORME DEPENDE DE:

1 – Material ( - resistividade do material – .cm);

2 – Comprimento do material ( l – cm );

3 – Área da seção reta do material ( A – cm2);

4 – Temperatura.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.1 – RESISTÊNCIA

- VIMOS QUE O SÍMBOLO A SEGUIR REPRESENTA A RESISTÊNCIA DE UM ELEMENTO QUALQUER.

- VIMOS TAMBÉM QUE A RESISTÊNCIA DE QUALQUER MATERIAL DE SEÇÃO RETA UNIFORME DEPENDE DE:

1 – Material ( - resistividade do material – .cm); 2 – Comprimento do material ( l – cm );

3 – Área da seção reta do material ( A – cm2);

4 – Temperatura.

- O VALOR DA RESISTÊNCIA É FORNECIDO PELA SEGUINTE EXPRESSÃO: ) ohms, ( A

lR

CASOS EM QUE R2 > R1.

Para cada caso, todos os outros parâmetros são os mesmos.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- RESISTORES SÃO DISPOSITIVOS PROJETADOS E CONSTRUÍDOS COM O OBJETIVO DE SE UTILIZAR SUA CARACTERÍSTICA RESISTIVA, OU SUA RESISTÊNCIA.

- EXISTEM VÁRIOS TIPOS DE RESISTORES NO MERCADO VISANDO DIVERSAS APLICAÇÕES, DEPENDENDO DE SEU FORMATO, DO MATERIAL EMPREGADO EM SUA CONFECÇÃO, DO SEU VALOR, DE SUA PRECISÃO, ETC...

A – RESISTORES FIXOS.

- COMO O PRÓPRIO NOME DIZ, APRESENTA UM VALOR DE RESISTÊNCIA CONSTANTE.

- O MAIS COMUM DOS RESISTORES FIXOS DE BAIXA POTÊNCIA É O RESISTOR DE CARBONO MOLDADO.

- AS DIMENSÕES RELATIVAS DE TODOS OS RESISTORES VARIÁVEIS E FIXOS VARIAM DE ACORDO COM A POTÊNCIA ESPECIFICADA.

- RESISTORES DESSE TIPO ESTÃO NORMALMENTE DISPONÍVEIS EM VALORES QUE VÃO DE 2,7 A 22 M.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- RESISTOR DE FILME FINO – FIXO.

- RESISTOR FIXO DE CARBONO.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- RESISTORES FIXOS DE CARBONO COM DIFERENTES ESPECIFICAÇÕES DE POTÊNCIA.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- RESISTORES FIXOS COM FIOS DE ALTA RESISTÊNCIA OU FITAS DE METAL.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- RESISTORES FIXOS TIPO MINIATURA USADOS EM COMPUTADORES E SIMILARES.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- CIRCUITOS COM RESISTORES DE FILME FINO UTILIZADOS EM PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

B – RESISTORES VARIÁVEIS.

- OS RESISTORES VARIÁVEIS, COMO O PRÓPRIO NOME SUGERE, TÊM RESISTÊNCIA QUE PODE SER VARIADA AO GIRAR UM BOTÃO, UM PARAFUSO, OU O QUE FOR APROPRIADO PARA A APLICAÇÃO ESPECÍFICA.

- ELES PODEM TER DOIS OU TRÊS TERMINAIS.

- QUANDO UM DISPOSITIVO DE DOIS OU TRÊS TERMINAIS É USADO COMO UM RESISTOR VARIÁVEL, GERALMENTE É DENOMINADO REOSTATO.

- SE UM DISPOSITIVO DE TRÊS TERMINAIS É USADO PARA CONTROLAR NÍVEIS DE POTÊNCIA, ENTÃO ELE É NORMALMENTE DENOMINADO DE POTENCIÔMETRO.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- POTENCIÔMETRO: (a) ESQUEMA; (b) E (c) CONEXÕES TIPO REOSTATO; (d) SÍMBOLO.

- NA FIGURA (b), OS PONTOS a E b SÃO CONECTADOS AO CIRCUITO, E O TERMINAL c É DEIXADO DESCONECTADO.

- A RESISTÊNCIA INTRODUZIDA É DETERMINADA PELA PORÇÃO DO ELEMENTO RESISTIVO ENTRE OS PONTOS a E b.

- NA FIGURA (c), A RESISTÊNCIA É TAMBÉM AQUELA ENTRE OS PONTOS a E b, MAS A RESISTÊNCIA RESTANTE É ELIMINADA PELA CONEXÃO DE b E c.

- NA FIGURA (d) TEM-SE O SÍMBOLO DO REOSTATO PARA CIRCUITOS ELÉTRICOS.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- POTENCIÔMETRO COM RESISTOR DE CARBONO.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

- OUTROS TIPOS DE POTENCIÔMETROS.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

C – CÓDIGO DE CORES.

- ALGUNS RESISTORES SÃO GRANDES O SUFICIENTE PARA TEREM SEUS VALORES NOMINAIS ESCRITOS EM SEU ENCAPSULAMENTO.

- NO ENTANTO, UMA GRANDE VARIEDADE NÃO PERMITE TAL PROCEDIMENTO. PARA ESTES UTILIZA-SE O SEGUINTE CÓDIGO DE CORES.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – RESISTORES

C – CÓDIGO DE CORES.

Faixa 1 – 3* Faixa 3 Faixa 4 Faixa 5

0 – Preto 0,1 – Ouro 5% – Ouro 1% Marron

1 – Marron 0,01 – Prata 10% – Prata 0,1% Vermelho

2 – Vermelho 20% – nenhuma faixa 0,01% Laranja

3 – Laranja 0,001% Amarelo

4 – Amarelo

5 – Verde

6 – Azul

7 – Violeta

8 – Cinza

9 – Branco

- Primeira e segunda faixas – primeiro e segundo dígitos.

- Terceira faixa – multiplicador em potência de dez dos dois primeiros números, ou fator multiplicador se dourada ou prateada.

- Quarta faixa – tolerância, ou precisão, do resistor.

- Quinta faixa – fator de segurança – indica a porcentagem de falhas por 1000 horas de uso.

2.3 – RESISTÊNCIA E RESISTORES 2.3.2 – CONDUTÂNCIA

- A CONDUTÂNCIA EXPRESSA O INVERSO DA RESISTÊNCIA, OU SEJA, É UMA MEDIDA DA FACILIDADE COM QUE O MATERIAL CONDUZ ELETRICIDADE.

- SEU SÍMBOLO É G E SUA UNIDADE É O SIEMENS ( S ).

- SUA EXPRESSÃO É DADA POR

l

A

RG

.

1

(S)