aula 1 - introdução, regras e datas circuitos de corrente...
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Eletricidade Aplicada (TE144)
Aula 1 - Introdução, Regras e DatasCircuitos de Corrente Contínua (CC)
PROF. DR . SEBA ST IÃO R I BE I RO JÚN I OR
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Objetivos
• O aluno, ao final do semestre letivo, irá adquirir os conceitosbásicos de eletricidade aplicada no que tange o conhecimento dosprincipais componentes e equipamentos elétricos, podendo seraplicados em projeto de equipamentos e instalação elétrica, redede distribuição interna da edificação, suas característicasconstrutivas e operacionais, sistemas de proteção de instalaçãoelétrica e de seus usuários.
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Contexto
Disponível em: <http://www.metalfabrication.com.pt/>.Acesso em 22 Out. 2014.
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Ementa
• 1. Carga e matéria. Carga elétrica, Condutores e isolantes,Conservação de carga.
• 2. Unidades de medida. Tensão, corrente, potência, Medidoresde potência
• 3. Corrente alternada e corrente contínua• 4. Circuitos monofásicos e trifásicos• 5. Projeto de instalações elétricas• 6. Proteção elétrica SPDA• 7. Luminotécnica• 8. Instalação de motores elétricos• 9. Racionalização de energia
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Bibliografia
[1] CREDER, H. Instalações Elétricas, 15ª Edição. LTC, 2013. 440 p.
[2] IRWIN, J.D. Análise Básica de Circuitos Para Engenharia, 10ª Edição. LTC, 2013. 700 p.
[3] Projeto de Instalações Elétricas Prediais - Domingos Leite Lima Filho - Editora Érica
[4] Instalações Elétricas - Ademaro A. M. Cotrin - Makron Books
[5] FILHO, J. Mamede, Instalações Elétricas Industriais.
Complementares
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.
NTC – Normas técnicas COPEL
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Avaliações
Primeira Prova: 30/04/2020 , Peso 100%
Segunda Prova: 18/06/2020, Peso 100%
Exame Final: 09/07/2020
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Avaliações
Duas avaliações individuais escritas, sem consulta.
A nota final será a média aritmética das notas obtidas nas duas avaliações.
A frequência dos alunos será verificada pelo professor a cada aula.
O número máximo de faltas permitidas é de 25% da carga horária da disciplina
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Aulas
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Material das Aulas
Disponíveis no seguinte site:
http://www.eletrica.ufpr.br/sebastiao/
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Professor
Contato: [email protected]
Permanência: Departamento de Engenharia elétrica (Prédio PK –Gabinete 17)
Graduação em Tecnologia em Eletrotécnica
Mestrado e Doutorado em Engenharia Elétrica e informatica:
Análise de materiais dielétricos, ensaios destrutivos e não-destrutivos,desenvolvimento de instrumentação, desenvolvimento de ferramentascomputacionais e ensaios em laboratório de baixa e alta tensão
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Eletricidade Aplicada
CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE
CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA (CC)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
O estudo de circuitos de corrente contínua parte-se dos seguintes conceitos básicos:
• Eletrostática• Eletrodinâmica
Definindo-se as seguintes grandezas:• Corrente• Diferença de potencial• Potência• Energia elétrica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Estrutura Atômica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
As leis da eletricidade originaram-se a partir do final do século XVIII. Inicialmente foi identificada na
estrutura atômica a existência de cargas elétricas com polaridade positiva ou negativa e, foi verificado,
ainda, que cargas elétricas de polaridades iguais se repelem e, cargas elétricas de polaridades diferentes
se atraem.
Estrutura Atômica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• Todo átomo é composto de partículas subatômicas que possuem cargas elétricas, denominadas prótons (carga positiva) e elétrons (carga negativa).
• Existem ainda partículas sem carga que juntamente com os prótons compõem o núcleo do átomo, chamadas nêutrons
• Os elétrons se distribuem em órbitas (camadas) em torno do núcleo
Estrutura Atômica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• Cargas de mesmo sinal se repelem enquanto que cargas de sinais diferentes se atraem.
• Em um átomo estável, o número de elétrons é igual ao de prótons (carga estável).
• Se um elétron recebe energia o suficiente, externa, como o calor, ele pode romper a força de atração do próton e se tornar um elétron livre.
Estrutura Atômica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Estrutura Atômica
SANTANA, A. C. (2016)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Em 1785, Coulomb avaliou a força de atração, ou repulsão, entre duas cargas pontuais como sendo:
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Pode-se escrever que:
Onde E1 constitui o campo elétrico provocado pela carga q1, e é dado em Volt/m (V/m)
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
O campo elétrico E1 como a força F são grandezas vetoriais, para cargas positivas e negativas.
Vetores de campo elétrico e força
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Desta forma o trabalho, W, realizado pela carga q2 ao ser deslocada desde um ponto muito distante (∞) até a distância r de q1 como sendo:
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
O potencial elétrico ou tensão elétrica, Vr, é uma grandeza escalar, definida como sendo o trabalho W por unidade de carga (q2), ou seja:
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Desta forma o potencial elétrico, independe da carga q2. Assim, a partir deste conceito, podemos calcular o trabalho para deslocar a carga q2 de uma posição de A até B, como sendo:
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Podemos definir que a diferença de potencial (d.d.p. ou tensão) VBA = VB – VA entre os pontos A e B, consiste no trabalho (por unidade de carga) para se deslocar uma carga de A até B.
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
A tensão elétrica é medida pelo voltímetro que também está presente no conjunto do multímetro mas pode ser encontrado individualmente.
Podem ser digital ou analógico.
Osciloscópios também permitem ler o módulo e frequência de uma tensão elétrica.
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Lei de Coulomb e Potencial Elétrico
• O termo CC virou sinônimo de funções invariáveis com o tempo, Tensão CC é aquela que mantém inalterado o módulo e a polaridade.
• O termo CA virou sinônimo de funções que variam de forma senoidal, Tensão CA é aquela que cuja forma de onda é cíclica e se assemelha a uma senóide.
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Condutores e Isolantes (Dielétricos)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Em materiais condutores como o cobre, uma pequena quantidadede energia é o suficiente para se liberar muitos elétrons.
Já em materiais isolantes como a borracha, os elétrons livres sósão gerados com altíssima quantidade de energia
Condutores e Isolantes
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Condutores e Isolantes
SANTANA, A. C. (2016)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Corrente Contínua
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• Os elétrons livres são partículas carregadas, responsáveis pelacorrente elétrica em um fio condutor de eletricidade
• Na ausência de um campo elétrico externo, o fluxo de cargalíquido em um condutor é nulo em qualquer direção (não hácorrente)
Corrente
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Corrente
SANTANA, A. C. (2016)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• Quando se liga uma bateria (pilha), a uma lâmpada com um fio condutor temos um fluxo de elétrons na direção do terminal positivo da bateria (atração)
• A diferença de potencial da bateria (d.d.p. ou tensão) provoca o movimento ordenado das cargas
• Apesar disso, convencionou-se por questões históricas que o movimento das cargas se dá do terminal positivo para o negativo (saindo do positivo)
• A unidade da corrente elétrica é o Ampére (A).
Corrente
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Nisto a intensidade de corrente elétrica (i) que atravessa uma superfície, comoa quantidade de carga elétrica que atravessa a superfície por unidade detempo.
Assim a corrente será dada por:
Corrente
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Corrente
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Corrente
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• A medição da corrente deve ser feita em série com a carga, observando-se o correto posicionamento das pontas de prova no multímetro
• A corrente contínua é aquela que mantém o sentido e o móduloinalterados no decorrer do tempo
• A corrente alternada é aquela que tem seu sentido e módulo variados no decorrer do tempo.
Corrente
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Corrente
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Lei de Joule e Resistência Elétrica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
A circulação de corrente elétrica em um condutor provoca o seu aquecimento, pela sua “resistência” à passagem da corrente elétrica.
A Lei de Joule estabelece que a energia, W, transformada em calor, ou dissipada, é dada por:
Lei de Joule e Resistência Elétrica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Assim, a potência dissipada por efeito Joule pode ser dada por:
Lei de Joule e Resistência Elétrica
Se a corrente for função do tempo i = i(t), então a potência instantânea será
p(t) = R i2 (t) e, para um tempo t, a energia dissipada será
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
A resistência elétrica R depende, basicamente, das características geométricas e do material do condutor.
Para um condutor cilíndrico, tem-se:
Lei de Joule e Resistência Elétrica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Lei de Joule e Resistência Elétrica
Resistividade elétrica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Pode-se definir, ainda, a condutância, G, e a condutividade do material, σ, como sendo o inverso da resistência e da resistividade, respectivamente.
Lei de Joule e Resistência Elétrica
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Lei de Ohm
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Pela Lei de Joule, a energia dissipada num condutor percorrido por uma corrente constante I é dada por:
Lei de Ohm
Ora, a energia pode ser também avaliada como sendo o trabalho para levar a carga q entre os dois pontos extremos do condutor, que pode ser dada por:
𝑊 = 𝑅. 𝐼2 . 𝑡 = 𝑅. 𝐼. 𝐼. 𝑡
𝐼. 𝑡 = 𝑞
𝑊 = 𝑅. 𝐼. 𝑞
Sendo
tem-se
onde V é a diferença de potencial entre esses pontos.
𝑊 = 𝑉. 𝑞
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Igualando as expressões para cálculo da energia dissipada no condutor:
Lei de Ohm
resulta para a diferença de potencial o valor:
• onde V é a d.d.p. (ou tensão) entre os extremos do condutor• a expressão será válida sempre que a resistência R for constante
𝑊 = 𝑅. 𝐼. 𝑞 = 𝑉. 𝑞
𝑉 = 𝑅. 𝐼
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
A resistência elétrica de um condutor é variável com sua temperatura. O mesmo acontece para a resistividade elétrica do material.
Variação da Resistência com a Temperatura
Variação da resistividade com a temperaturaFev-2020 Slide 50
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
A resistividade de um material em função da temperatura é dada por:
Variação da Resistência com a Temperatura
Para o caso do cobre tem-se:
Para o caso do alumínio tem-se:
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• A resistência de um condutor aumenta com sua temperatura.
• Caso a resistência de um condutor seja conhecida a uma dada temperatura, definisse a resistência com a temperatura final, aplicando a fórmula da correção da resistência em função da temperatura.
• Como as resistências dos condutores são conhecidas à 20 C, pode-se demonstrar que a resistência de um condutor em uma temperatura diferente de 20 C pode ser calculada.
Variação da Resistência com a Temperatura
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Correção de resistência através da seguinte equação:
Variação da Resistência com a Temperatura
Rtf = R20ºC [ 1 + α ( tf – 20 )]
Rtf = Resistência do condutor a uma temperatura diferente de 20 ºC
R20ºC = Resistência do condutor à 20 ºC
α = Coeficiente de temperatura do condutor
α cobre = 0,00393 ºC-1
α alumínio = 0,00403 ºC-1
tf = Temperatura final do condutor.
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
Força Eletromotriz (f.e.m.)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• A tensão é a pressão elétrica que causa a circulação de corrente. A tensão é também conhecida como força eletro motriz ou diferença de potencial elétrico. Todos estes termos se referem à força que coloca cargas em movimento.
• A diferença de potencial (ddp) é o termo que melhor descreve o fenômeno, porque uma tensão é uma diferença de energia potencial que existe entre dois pontos.
• Toda energia é energia potencial ou energia cinética.
• A energia cinética se refere à energia em movimento, energia realizando trabalho, ou energia sendo convertida em outra forma de energia.
Força Eletromotriz (f.e.m.)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• A energia potencial é a energia em repouso. • Esta energia pode ser conservada por longos períodos de tempo e é capaz de realizar
trabalho quando são proporcionadas as condições exatas para convertê-la em outra forma de energia.
• Quando está sendo transformada, ela é convertida em energia cinética.
• Ex.:A água armazenada em um lago de uma usina hidrelétrica possui energia potencial devido às forças gravitacionais, quando liberada essa força entra em movimento, tornando-se a energia em trabalho ou energia cinética.
Força Eletromotriz (f.e.m.)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
A força eletromotriz consiste na energia convertida em energia elétrica por unidade de carga, isto é:
Força Eletromotriz (f.e.m.)
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Circuitos de Corrente Contínua (CC)
• Sabe-se que um gerador elétrico converte energia de alguma forma para energia elétrica.
• Uma pilha, por exemplo, converte energia química em energia elétrica. A força eletromotriz E nos terminais do gerador, constitui a tensão ou d.d.p. necessária à circulação de corrente, suprindo a energia que o circuito requerer.
• A potência fornecida pelo gerador ao circuito pode ser calculada por:
Força Eletromotriz (f.e.m.)
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REVISÃO
C I R C U I TO S D E C O R R E N T E C O N T Í N U A ( C C )
E S T R U T U R A ATÔ M I C A
L E I D E C O U LO M B E P OT E N C I A L E L É T R I C O
C O N D U TO R E S E I S O L A N T E S
C O R R E N T E C O N T Í N U A
L E I D E J O U L E E R E S I S T Ê N C I A E L É T R I C A
L E I D E O H M
VA R I A Ç Ã O D A R E S I S T Ê N C I A C O M A T E M P E R AT U R A
F O R Ç A E L E T R O M OT R I Z ( F. E . M . )
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