Fundamentos de Circuitos Elétricos

1. Fundamentos de CircuitosElétricos Aula 1 Prof. José Nilton Cantarino Gil

2. Ementa • Estudo e Demonstração das Leis Básicas dos Circuitos Elétricos, Análise de Circuitos de Corrente Contínua, Análise de Circuitos de Corrente Alternada.

3. Objetivos • Proporcionar conhecimentos sobre as técnicas de estudos aplicadas à interligação de dispositivos elétricos e das propriedades dos componentes usados em Circuitos Elétricos. • Compreender os fenômenos e a aplicação dos métodos relativos aos circuitos elétricos de corrente contínua e de corrente alternada; conhecer os principais instrumentos de medidas elétricas e sua correta utilização;

4. Conteúdos • MÓDULO 1 - Leis Básicas dos Circuitos Elétricos. • Grandezas Elétricas Básicas. • Instrumentos de Medidas Elétricas (Amperímetros, Voltímetros, Ohmímetros, Osciloscópios) • Elementos de Circuitos Elétricos (Resistores, Indutores, Capacitores, Fontes) • Associação de Resistores • Lei de OHM • Potência Elétrica • Circuito Série e Paralelo • Potenciômetro • Divisor de Tensão

5. Conteúdos • MÓDULO 2 - Circuitos de Corrente Contínua • Leis de Kirckoff • Teorema de Thévenin • Teorema de Norton • Teorema de Superposição • Redes Estrela-Triângulo

6. Conteúdos • MÓDULO 3 - Circuitos de Corrente Alternada • Definição de Sinal Senoidal (Valor de Pico, Pico a Pico, Eficaz, Freqüência, Período e Freqüência Angular). • Formas de representação de um sinal senoidal (Forma de onda, Diagrama fasorial, Expressão trigonométrica e Números complexos). • Análise de Circuitos RL, RC e RLC. • Potência em Circuitos de Corrente Alternada (Potência Real, Aparente, Reativa, Fator de Potência). • Conceitos Básicos de Eletromagnetismo e Máquinas Elétricas (Transformadores, Motores e Geradores).

7. BibliografiaBásica • ORSINI, Luiz de Queiroz. Curso de circuitos elétricos. São Paulo: Edgard Blucher, 2004. • NILSSON, James W.; RIEDEL, Susan A.. Circuitos elétricos. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2003. • DORF, Richard C.; SVOBODA, James A.. Introdução aos circuitos elétricos. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2003.

8. BibliografiaComplementar • ALBUQUERQUE, Rômulo Oliveira. Análise de circuitos em corrente contínua. 21.ed. São Paulo: Érica, 2008. • ALBUQUERQUE, Rômulo Oliveira. Análise de circuitos em corrente alternada. 2.ed. São Paulo: Érica, 2008. • QUEVEDO, Carlos Peres. Circuitos elétricos e eletrônicos.Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2000. • MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais.Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1995. • CAPUANO, Francisco Gabriel; MARINO, Maria Aparecida M.. Laboratório de eletricidade e eletrônica. 19.ed. Sao Paulo: Érica, 2002.

9. Cronograma de Aulas • Apresentação do plano de ensino e bibliografia. Conceitos Básicos de Eletrização. Formas de Eletrização. Conceito de Carga Elétrica e Campo Elétrico. • Conceitos de Diferença de Potencial Elétrico, Resistência e Corrente Elétrica. Lei de Ohm. Exerciciosde Fixação. • Associação série e paralela de resitores. Conceito de resistor equivalente. Exercicios • Conceito de trabalho e potência elétrica. Circuitos mistos. Exercicios. • Conceito de malha e nó. Leis de Kirchoff para as malhas e nós. Exercicios. • Exercicios de fixação. Resolução de diversos exercícios utilizando Leis de Kirchoff aplicadas a circuitos lineares. • Resolução de Exercicios sobre circuitos lineares utilizando o método da superposição. • Transformaçoes Delta x Y. Exercícios de fixação. • Prova – nota 1

10. Cronograma de Aulas 10.Exercicios. Resolução da prova em sala. Entrega de resultados. 11. Conceitos de fontes ideais e reais. Associação de fontes. Teorema de Thevenin. Exercicios. 12. Teorema de Norton. Exercicios utilizando teoremas de Norton e Thevenin. 13. Circuitos de Corrente Alternada. Representação de fasores. Transformações coordenadas polarespara cartesiana e vice-versa. Exercícios. 14. Conceitos básicos de reatância, impedância, potências ativa, reativa e aparente. Fator de potência. 15. Circuitos RC e RL Série. Cálculo da potência em circuitos indutivos e capacitivos. Exercicios 16. Circuitos RLC Série – Exercicios. 17. Circuitos RC e RL Paralelo – Cálculo de Potencia em circuitos RC paralelo. 18. Circuito RL Paralelo e RLC paralelo. Cálculo de potência em Circuitos RC e RlC paralelos. 19. Prova – Nota II 20. Entrega de Resultados. Exercicios de Fixação visando Prova Final. 21. Prova Final

11. Elementos de Eletrostática • Sabemosquetodososelementossãoconstituídos de átomos. • Cadaátomopossuiprótons, neutrons e elétrons.

12. Elementos de Eletrostática • Os prótons e elétronspossuemumapropriedadefísicachamada de cargaelétrica. • Como as cargas dos prótons e elétronstêmcaracteristicasopostas, resolveu-se atribuirsinalalgébrico à essascargas, convencionando-se positivopara as cargas dos prótons e negativopara as dos elétrons.

13. Elementos de Eletrostática • Em um átomoneutro, o número de prótons é igual ao número de elétrons. • Se um átomopossuimaiselétrons do queprótonseleestácarregadonegativamente. • Casocontrário, isto é, o número de elétrons é menorque o de prótons. • Dizemosque um corpoeletricamentecarregadoestáionizado.

14. Elementos de Eletrostática • A quantidade de cargaadquiridapor um corpodepende da quantidade de elétronsretiradosoucolocados no corpo.

15. Elementos de Eletrostática • Condutores e Isolantes • Condutoreselétricossãomateriaisquepossuemmuitoselétronsemsuasúltimascamadas, denominados “elétronslivres”. • Isolanteselétricospossuemelétronsemsuascamadasmaisdistantesmuitoligados ao seunúcleo. • Condutorespermitem a movimentaçãoordenada de cargaselétricasutilizando-se dos elétronslivres. • Os termosisolante e condutor, narealidadesãorelativos, pois sob certascircunstâncias um isolantepode se comportarcomo um condutor e vice-versa.

16. CargaElétricaElementar • A cargaelétricaelementar é a menorquantidade de cargaelétricapossível de existir. É a cargaque um elétroncarrega, a qualdesignaremoscomoqe. • Se n elétronscolocados, significaqueestamoscolocando no corpoumacarganegativa (Q<0). • Q = n. qe • |qe|=|qp|

17. Unidade de CargaElétrica • A unidade de cargaelétrica é o Coulomb (C). 1 C = 6,25 . 1018 .qe

18. EletrizaçãoporAtrito • Atritandoumarégua de plásticoem um pano de seda, verifica-se a situação da figura 2.8. • Atritando-se umabarra de ebonite com um tecido de lã, verifica-se a situação da figura 2.9.

19. EletrizaçãoporContato • Antes de considerarmosessetipo de eletrização, façamosumaanalogia com a hidráulica, jáquemuitosconceitossãosemelhantes.

20. Eletrizaçãoporcontato • Assimcomo no circuitohidráulico, podemospensarem um circuitoelétricoondecadavasoseja um corpocarregadoeletricamente com cargasdiferentes e existe um condutorqueinterligaessescorpos. • Haverá um fluxo de cargas entre essescorposinterligadoseletricamenteatéque as cargas dos corpos se equilibrem, isto é, quenãohajadiferença entre elas.

21. PotencialElétrico • Para um corpoeletrizado, define-se umagrandezadenominada de potencialelétrico. • O potencialelétricodepende da quantidade de cargaque o corpopossui, das suasdimensões e do meioondeestá o corpo. • O potencialelétricoestárelacionado com a capacidadeque as cargasarmazenadastêm de realizar um trabalho.

22. PotencialElétrico • No caso do corpo ser esférico e de raio R, o seupotencialelétrico é dado pelaequação: V= K.Q R onde: Q = carga da esfera, em Coulombs R = raio da esferaem metros K = constanteem N.m2/c2 V = potencial da esferaem volts (V)

23. PotencialElétrico • Sejamduasesferas A e B, a primeiraeletrizadanegativamente (QA<0) e a segundaneutra (QB=0), ligadaspor um fiocondutor no qualexisteumachaveinicialmenteaberta.

24. PotencialElétrico • Algumasconclusõespodem ser tiradas: a) Sóhaverádeslocamento de cargas de um condutorparaoutro(sóhaverácorrenteelétrica) enquantohouverd.d.p. (tensãoelétrica) b) Cargasnegativas(elétrons no caso) deslocam-se sempre de potenciaismenoresparapotenciaismaiores. c) Podemostambémpensarque “cargaspositivasdeslocam-se de potenciaismaioresparamenores”

25. EletrizaçãoporIndução • Na eletrizaçãoporindução, ao contrário da eletrizaçãoporatrito e contato, nãoexistecontatofísico entre as partes. • Consideremos a sequência de eventos: • a) Inicialmenteoscorposestãomuitoafastados um do outro, de forma quenãoháinfluênciamútua entre osdois. O corpoinicialmentecarregado é chamado de indutor e o neutro, induzido.

26. EletrizaçãoporIndução • b) Ao aproximarmososdoiscorpos, a influência das cargasnegativas do corpo A sobreoselétronslivres do corpo B provocaumaseparação de cargas (polarização) no corpo B.

27. EletrizaçãoporIndução • c ) Semafastaroscorposvamosligar a extremidadenegativa de B à terra quepode ser consideradaumaesferacondutora com raioinfinitamentegrande. Como o potencial de umaesfera é dado por V=(K.Q)/R, o potencial da terra é sempreconsiderado zero.

28. EletrizaçãoporIndução • Como existeumad.d.p. entre a extremidade do corpo B e a terra haverádeslocamento de elétrons do corpo B para terra, cessandoquando o potencial da extremidade de B for igual ao da terra. • d) Semafastaroscorposcortamos a conexão de B com a terra, fazendoque o corpo B fiquecarregadopositivamente,

29. EletrizaçãoporIndução • e) O corpo A permanece com a mesmacargainicial. A cargaadquiridapelocorpo B foifornecidapela terra. • Ao afastarosdoiscorpos as cargasdistribuem-se pelasuperficie do corpo B.

30. Eletroscópios • São aparelhosutlizadosparadetectar se um corpoestáounãocarregadoeletricamente. • O tipomais simples é um penduloelétrico, formadoporuma haste quesuportaumaesfera de material leve, recobertaporumacamadacondutora, presapor um fioisolante.

31. Eletroscópios • A forma de utilização do pênduloelétricoparaverificar a existência de cargaestádemostradanafiguraabaixo:

32. Eletroscópios