Docsity
Docsity

Prepare-se para as provas
Prepare-se para as provas

Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity


Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos para baixar

Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium


Guias e Dicas
Guias e Dicas

Analise de Circuitos- jonh omalley, Exercícios de Engenharia Elétrica

2 edicao, Livro completo com exercícios solucionados

Tipologia: Exercícios

2017

Compartilhado em 07/11/2017

adailson-8
adailson-8 🇧🇷

4.7

(10)

1 documento

1 / 691

Toggle sidebar

Esta página não é visível na pré-visualização

Não perca as partes importantes!

bg1
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24
pf25
pf26
pf27
pf28
pf29
pf2a
pf2b
pf2c
pf2d
pf2e
pf2f
pf30
pf31
pf32
pf33
pf34
pf35
pf36
pf37
pf38
pf39
pf3a
pf3b
pf3c
pf3d
pf3e
pf3f
pf40
pf41
pf42
pf43
pf44
pf45
pf46
pf47
pf48
pf49
pf4a
pf4b
pf4c
pf4d
pf4e
pf4f
pf50
pf51
pf52
pf53
pf54
pf55
pf56
pf57
pf58
pf59
pf5a
pf5b
pf5c
pf5d
pf5e
pf5f
pf60
pf61
pf62
pf63
pf64

Pré-visualização parcial do texto

Baixe Analise de Circuitos- jonh omalley e outras Exercícios em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!

MAKRON Books ANÁLISE DE CIRCUITOS 2º EDIÇÃO John O'Malley Professor de Engenharia Elétrica da Universidade da Flórida Tradução Moema Sant'Anna Belo Engenheira Eletricista (PUC/MG) Professora de Eletrônica Industrial do CETEL-SENAI/MG Professora de Materiais Elétricos da PUC/MG Revisão Técnica Antônio PERTENCE Júnior Engenheiro Eletrônico e de Telecomunicações (PUC/MG) Supervisor Técnico do CETEL-SENAI/MG MAKRON Books do Brasil Editora Ltda. São Paulo Rua Tabapuã, 1105, Itaim Bibi CEP 04533-905 (011) 829-8604 e (011) 820-8528 Rio de Janeiro * Lisboa * Bogotá + Buenos Aires * Guatemala + Madrid « México * New York « Panamá * San Juan * Santiago Auckland « Hamburg + Kuala Lumpur * London « Milan + Montreal « New Delhi * Paris * Singapore * Sydney « Tokyo « Toronto Do original Theory and Problems of Basic Circuit Analysis 2/ed — Schaum's Outline Series Copyright O 1992, 1982 by McGraw-Hill, Inc. Copyright O 1994 Makron Books do Brasil Editora Ltda. Todos os direitos para a língua portuguesa reservados pela Makron Books do Brasil Editora Ltda. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida, guardada pelo sistema “retrieval” ou transmitida de qualquer mode ou por qualquer outro meio, seja este eletrônico, mecânico, de fotocópia, de gravação, ou outros, sem prévia autorização, por escrito, da Editora. EDITOR: MILTON MIRA DE ASSUMPÇÃO FILHO Produtora Editorial: Daisy Pereira Daniel Produtor Gráfico: José Rodrigues Editoração e fotolitos em alta resolução: JAG Dados de Catalogação na Publicação (CIP) Internacional (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) O"Malley, John, 1928- Análise de circuitos / John OºMalley ; tradução Moema Sant' Anna Belo ; revisão técnica Antônio Pertence Júnior. — 2º ed. — São Paulo : Makron Books 1993. 1. Circuitos elétricos 2. Circuitos elétricos — Análises I. Título. 93-1719 CDD-621.3192 Índices para catálogo sistemático: 1. Circuitos elétricos : Engenharia 621.3192 2. Análise de circuitos : Engenharia elétrica 621.3192 MAKRON Books Prefácio ice ccc cce cia resca nar erer nn ene en rana narra XUI | | Capítulo 1 | Conceitos Básicos ...........cici cics cstsestcssessceaeoo 1 | Sistema Internacional de Unidades .......iccciccccsiccsisoo 1 Carga Elétrica 2 Corrente Elétrica ......cccccccccsciraserenenee erre 3 | Tensão ....ccccccciicccteceatertaa rasas sec cerrercara 5 h Fontes Dependentes 7 Potência 8 Energia 9 Capítulo 2 Resistência .....ccccccclc css cttecareranaerarererrra 27. Lei de Ohm ........ccccciicsscicaaseccccer crase raaara 27 Resistividade .......ccciiiccccesecctrcececcrrrearaaaaas 28 Influência da Temperatura ........ccccttcccccestssecteeeos 30 Resistores .......ccciccisccccacanaasecccecccceraricaana 31 Consumo de Potência no Resistor ..........cccccccccsiicass 32 Valores Nominais e Tolerâncias ........cccccceeecceseccceos 32 Código de Cores .......cccccccscsscttteseserreececaeeao 32 vir Sumário IX Circuitos Básicos com AOPS ........ccsicccccccseserrreaa 180 Circuitos com Vários AOPS .........cccciciiios Rerererars 184 Capítulo 7 Análise de Circuitos CC com Pspice ..........c.clcieiiooo 212 Introdução ....cccccsicsasiceateanananaeanerennsrc eee 212 Comandos Básicos .......iccicesicctttecerertenaenaeeros 213 Fontes Dependentes ......cccccctuscctectenaeeerentanrero 217 Comandos de Controle .DC e .PRINT . 218 Restrições .......ccccccrerserac cas encenaaaa rea nenenaers 219 Capítulo 8 Capacitores e Capacitância .........cccicisisesecerereato 237 Introdução .....iicecttttcscesecneneenannene raca cancro Capacitância Construção de um Capacitor Capacitância Total ........... Energia Armazenada ..........0fcicereeereena cane nareos Correntes e Tensões Variáveis no Tempo ..........ccciscttos 241 Corrente no Capacitor........ccececteetecernereaceneneees 242 Capacitor Alimentado por Tensão CC 243 Temporizadores e Osciladores RC ........ciicictssctreceas 245 Capítulo 9 Indutores, Indutâncias e Análise de Transiente com PSPICE ....................... 272 Introdução .......ciciccccsecererenenenenenaranerececes Fluxo Magnético ..........c.ccccos Indutância e Construção do Indutor Relação entre V e [em um Indutor Indutância Total ........cccscsseceeenteeraeenacananaasss Energia Armazenada .......ccccicittccranererenereneeeo Circuito Indutivo Simples Alimentado por Tensão CC ......... 278 Análise de Transiente com PSpice ........cccicciiisiccisoo 278 XxX Análise de Circuitos — 2º Edição Capítulo 10 Capítulo 11 Capítulo 12 Capítulo 13 Tensão e Corrente Senoidais Alternadas Introdução .....ciil Ondas Senoidais e Co-senoidais ......cciiii Relações de Fase .......ciiiiis in Valor Médio .......cciiii rr Resposta Senoidal de um Resistor . na Valores RMS ou Eficazes .......ccciciii Álgebra Complexa e Fasores..........cccciiiiei 340 Introdução .....iiiiiiii 340 Números Imaginários 341 Números Complexos e Forma Retangular ..........iiiiiio 343 Forma Polar ........c rr 345 Fasores 347 Análise de Circuitos Básicos CA, j Impedância e Admitância ........cccciiicii 366 Introdução .........s insere 366 Elementos de Circuitos no Domínio de Fasores ......iiii 367 Análise de Circuitos CC Série ......cciiiii 369 Impedância .......iiiiiiiiis essere 371 Divisão de Tensão ........iicc ii 375 Análise de Circuito CA Paralelo .....iiiiiiiiitiiitito 375 Admitância ........il cessa 376 Divisão de Corrente ........iciiiiiii ie 378 Análise de Malhas, Nós, Laços e com PSPICE para Circuitos CA ........ccci il 421 Introdução .....cciciiciiisiiii is Transformação de Fontes ..........ciciiciciii Análise de Malhas e Laços .. Análise Nodal .....ciiiiciicisi XH Análise de Circuitos — 2º Edição Índice Analítico ...... Carga A Equilibrada ........cs en 627 Cargas em Paralelo ........cciii . 629 Potência .......iiii 630 Medição de Potência Trifásica ........ciiiicii 631 Circuitos Deseguilibrados .............. 633 Analise com Pspice de Circuitos Trifásicos 633 673 MAKRON Books PREFÁCIO O estudante de engenharia elétrica e de cursos técnicos poderá utilizar este livro para aprender análise de circuitos sem despender esforços. Poderá utilizá-lo ainda como complementação a outras bibliografias. Embora este livro apresente problemas com derivadas nos capítulos sobre capacitores, indutores e transformadores, o leitor não precisa ter conhecimentos de cálculo diferencial ou integral, pois esses problemas possuem uma clara explanação física e não existe nem mesmo uma única integral simples em todo o livro. Apesar da ausência dessa matemática elevada, este livro pode ser usado por engenheiros eletricis- tas, uma vez que a maior parte do conteúdo visto em análise de circuitos nos cursos de engenharia necessita apenas do conhecimento de álgebra. Nos tópicos onde existem diferenças entre os conceitos vistos pela engenharia e pelo curso técnico, como em reatâncias capacitivas, fasores e potência reativa, o leitor é alertado e algumas defini- ções são incluídas. Um dos aspectos especiais deste livro é a apresentação do PSpice — um programa para análise e simulação de circuitos para computadores pessoais (PCs). O PSpice é similar ao SPICE, muito utilizado pela indústria eletrônica para análise e simulação de circuitos analógicos. Outro aspecto importante é a inclusão de circuitos com amplificadores operacionais. Ambos os tópicos são novos nesta segunda edição. O livro mostra também como usar calculadoras científicas programáveis na solução de equações simultâneas que aparecem na análise de circuitos. Embora seja necessário que as equações estejam na forma matricial, não é preciso qualquer conhecimento de álge- XII MAKRON capíruLo 1 Books CONCEITOS BÁSICOS SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES / O Sistema Internacional de Unidades (SN) é a linguagem internacional de medidas. O SI tem nove unidades básicas, mostradas na Tabela 1.1 com seus respectivos símbolos. As * unidades de todas as outras grandezas físicas são derivadas destas. Existe uma relação decimal, indicada por prefixo, entre múltiplos e submúlti- plos de cada unidade básica. Esse prefixo é anteposto ao nome da unidade SI para formar cada múltiplo ou submúltiplo decimal. Por exemplo, uma vez que “quilo” é o prefixo para um mil, um quilômetro é igual a 1000 m. E sendo “micro” o prefixo para um milionésimo, um microssegundo é igual a 0,000 001 s. Os prefixos SI têm símbolos, como mostrado na Tabela 1.2, onde também está indicadá'a potência de dez correspondente. Para a maior parte das análises de circuitos, apenas mega, quilo, 'mili, micro, nano e pico são importantes. O símbolo do prefixo devé'ser colocado em frénte ao símbolo da unidade, como em km para quilômetro ou cm para cenfímétro."- - 2 Análise de Circuitos - 2º Edição Cap. 1 Tabela 1.1 Grandeza Física Unidade Símbolo Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Corrente ampêre A Temperatura kelvin k Quantidade de substância mol mol Intensidade luminosa candela cd Ângulo plano radianos rad Ângulo sólido esferorradianos. sr rd CARGA ELÉTRICA Os cientistas descobriram dois tipos de carga elétrica: positiva e negativa. Os portado- res de carga positiva são as partículas subatômicas chamadas prótons, e os portadores de carga negativa são as partículas subatômicas chamadas elétrons. Todas as demais cargas são múltiplos inteiros dessas cargas elementares. Os cientistas descobriram também que essas cargas exercem forças umas sobre as outras: cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. Além disso, em circuitos elétricos existe a conservação das cargas, o que significa que a carga em uma rede elétrica permanece constante — a carga não é criada nem destruída. (Componentes elétricos interconectados formando um caminho fechado compreendem um circuito elétrico ou rede.) A carga de um elétron ou de um próton é muito pequena para ser a unidade básica da carga. Dessa forma, a unidade SI de carga é o coulomb, cujo símbolo é C. O símbolo utilizado para uma carga constante é OQ; e para uma carga variável no tempo, q. A carga de um elétron é 1,602 x 101º C e a de um próton é 1,602 x 10-19 C. Da 4 Análise de Circuitos — 2º Edição Cap.1 carga passa por um dado ponto em um condutor durante 1 s, a corrente resultante é 1 A. Assim, êres) - 2 (coulombs) ! (ampêres) = t (segundos) onde t é o símbolo de tempo. A corrente possui uma direção associada. Por convenção, a direção do fluxo de corrente é em direção ao movimento de cargas positivas e oposta ao movimento de cargas negativas. Nos sólidos, apenas elétrons livres se movem para produzir o fluxo de corrente — os íons não podem se mover, mas em gases e líquidos, íons positivos e negativos podem se mover na produção do fluxo de corrente. Uma vez que os circuitos elétricos consistem quase totalmente em sólidos, apenas elétrons produzem fluxo de corrente em quase todos os circuitos. Mas esse fato é pouco importante na análise de circuitos, porque as análises são quase sempre feitas a nível de corrente, e não a nível de carga. Em um diagrama de circuito, cada 1 (ou i) vem associado a uma setá para indicar a referência da direção da corrente, como mostrado na Figura 1.1. A seta especifica a direção do fluxo positivo de corrente, mas não necessariamente a direção do fluxo atual. Se, após cálculos, a corrente 1 encontrada é positiva, o atual fluxo de corrente é na direção da seta. Mas se 1 é negativa, o fluxo é em direção oposta. Figura 1.1 A corrente que flui em apenas uma direção por todo o tempo é uma corrente contínua (CC) enquanto uma corrente que alterna a direção do fluxo é uma corrente alternada (CA). Usualmente, entretanto, corrente contínua se refere apenas a correntes constantes, e corrente alternada se refere apenas a correntes que variam senoidalmente com o tempo. Uma fonte de corrente é um elemento de circuito que fornece uma dada corrente. A Figura 1.2 mostra o símbolo de diagrama de circuitos para uma fonte de corrente. Essa fonte fornece uma corrente de 6 A na direção da seta, independente da tensão (próximo item) sobre a fonte. Cap. 1 Conceitos básicos 5 6A Figura 1.2 TENSÃO O conceito de tensão envolve trabalho, que por sua vez envolve força e distância. A unidade SI de trabalho é o joule, cujo símbolo é J. A unidade de força é o newton, cujo símbolo é N e, conforme citado, a unidade SI de distância é o metro, cujo símbolo é m. Para se mover um objeto é necessário trabálho, para que seja vencida a força existente em oposição ao movimento. Por exemplo, levantar alguma coisa opondo-se à força da gravidade requer trabalho. De forma genérica, o trabalho requerido, em joules, é o produto da força em newton pela distância de deslocamento em metros: Wíjoules) = F(newtons) x s(metros) onde W, F e s são os símbolos de trabalho, força e distância, respectivamente. Energia é a capacidade de realizar trabalho. Uma de suas formas é a energia potencial, que é a energia que um corpo possui devido a sua posição. A diferença de tensão entre dois pontos, também chamada de diferença de potencial, é o trabalho necessário em joules para mover 1 C de carga de um ponto a outro. A unidade SI de tensão é o volt, cujo símbolo é V. O símbolo de tensão é V ou v, sendo utilizados também E e e. Assim, — WGoules) V (volts) = O (coulombs) O símbolo da tensão (V) possui, às vezes, índices para designar os dois pontos aos quais a tensão corresponde. Se a letra a designa um ponto e a letra b o outro, e se W joule de trabalho são necessários para mover Q coulombs do ponto b para o ponto a, então V,, = W/Q. Observe que o primeiro índice é o ponto para o qual a Cap.1 Conceitos básicos 7 12V 12V —d— 2 Ko (b) Figura 1.4 FONTES DEPENDENTES As fontes das Figura 1.2 e Figura 1.4 são fontes independentes. Uma fonte de corrente independente fornece uma corrente definida, e uma fonte de tensão independente forne- ce uma tensão definida, sendo as duas independentes de qualquer outra tensão ou corrente do circuito. Por outro lado, uma fonte dependente (também chamada fonte controlada) fornece uma tensão ou corrente que depende da tensão ou da corrente em outra parte do circuito. Em um diagrama de circuitos, uma fonte dependente é indicada por um losango. Como exemplo, o circuito da Figura 1.5 possui uma fonte de tensão dependente, que fornece uma tensão de 5V,, que é cinco vezes a tensão V, que aparece sobre o resistor na outra parte do circuito. (O resistor mostrado será discutido no próximo capítulo.) Existem quatro tipos de fontes dependentes: fonte de tensão com tensão controlada, como mostrado na Figura 1.5, fonte de tensão com corrente contro- lada, fonte de corrente com corrente controlada e fonte de corrente com tensão contro- lada. Fontes independentes de tensão raramente são componentes físicos separados, mas são importantes quando utilizadas em modelos de componentes eletrônicos, como amplificadores operacionais e transistores. Vi Figura 1.5 8 Análise de Circuitos - 2º Edição Cap. 1 POTÊNCIA A razão na qual algum corpo absorve ou produz energia é a potência absorvida ou produzida por esse corpo. Uma fonte de energia produz ou desenvolve energia, e uma carga absorve energia. A unidade SI da potência é o watt, cujo símbolo é W. O símbolo de potência é P para potências constantes e p para potências variáveis no tempo. Se 1 J de trabalho é absorvido ou liberado numa taxa constante durante 1 s, a potência corres- pondente é 1 W. Assim, P(watts) = W(joules) / (segundos) A potência absorvida por um componente elétrico é o produto da tensão pela corrente, se a seta que indica a corrente está em direção ao terminal positivo da referên- cia de tensão, como mostrado na Figura 1.6. P(watts) = V(volts) x I(ampêre) Essas referências são chamadas referências associadas. (O termo convenção passiva de sinal é também usado.) Se as referências não são associadas (a seta da corrente indica O terminal negativo), a potência é P = —VJ. Figura 1.6 Se a potência calculada é positiva para as duas fórmulas, o componente está absorvendo -potência. Mas se P é negativo, o componente produz potência — ele é, então, uma fonte de energia elétrica. A potência de saída de um motor é usualmente expressa em uma unidade chamada horsepower (cavalo-vapor), cujo símbolo é hp, que não é uma unidade SI. A relação entre o hp e o watt é 1 hp = 745,7 W.