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Electricidade: Tensão, Corrente Elétrica e Resistência Elétrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Conceitos básicos sobre tensão, corrente elétrica e resistência elétrica. Ele aborda a natureza de átomos, a carga elétrica, materiais condutores e isolantes, energia potencial elétrica e a relação entre tensão, corrente e resistência.

Tipologia: Notas de estudo

2011

Compartilhado em 05/09/2011

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Tensão, Corrente Elétrica
e
Resistência Elétrica
Bibliografia:
Bibliografia:
Instalações Elétricas Prediais Geraldo Cavalin e Severino Cervelin Capítulo 1.
Instalações Elétricas – Hélio Creder – Capítulo 2.
Curso de Física – Volume 3 – Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga.
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Tensão, Corrente Elétrica

e

Resistência Elétrica

Bibliografia:Bibliografia:

Instalações Elétricas Prediais – Geraldo Cavalin e Severino Cervelin – Capítulo 1.

Instalações Elétricas – Hélio Creder – Capítulo 2.

Curso de Física – Volume 3 – Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga.

Átomos e a Origem da Carga Elétrica:Átomos e a Origem da Carga Elétrica:

A matéria é composta de átomos.

Um átomo é composto por um núcleo, onde se encontram os prótons e neutros.

Os elétrons se encontram em órbitas ao redor do núcleo.

Tanto o elétron quanto o próton possuem

carga elétrica.

A carga elétrica de um elétron é exatamenteA carga elétrica de um elétron é exatamente

igual à de um próton, porém seu sinal é oposto.

A unidade de carga no SI é o coulomb (C).

A carga do elétron vale 1,60 X 10 -19^ C.

Num átomo existe exatamente o mesmo

número de prótons e elétrons, e portanto o

átomo é eletricamente neutro

Energia Potencial Elétrica:Energia Potencial Elétrica:

A água flui do reservatório onde a pressão é maior para o reservatório onde a pressão é menor. O fluxo de água cessa quando a diferença de pressão desaparece. A água continuará a fluir se uma bomba mantiver a diferença de pressão.

Maior pressão

Menor pressão

Analogamente com o caso da água, quando as extremidades de um material condutor elétrico estão em diferentes potenciais elétricos – quando há uma diferença de potencial elétrico entre elas – a carga elétrica flui de uma extremidade para a outra. Os dispositivos que fornecem essa

Gerador elétrico. Bateria elétrica.

elas – a carga elétrica flui de uma extremidade para a outra. Os dispositivos que fornecem essa diferença de potencial elétrico são os geradores elétricos e as baterias. Esses dispositivos realizam trabalho para levar as cargas negativas para longe das positivas.

Diferença de PotencialDiferença de Potencial -- Tensão:Tensão:

Maior Potencial (mais positivo)

Menor Potencial (mais negativo)

Numa pilha, a energia química é transformada em energia potencial elétrica ( E p), que fica armazenada nas cargas elétricas nos pólos positivo e negativo da pilha. Essa energia por unidade de carga recebe o nome de potencial elétrico U , e é chamada de tensão, voltagem ou diferença de potencial (ddp).

U à Potencial elétrico. Unidade à volt (V)

Exemplo : Se uma pilha possui uma tensão (ou voltagem ou diferença de potencial) de 1,5 V, qual é a energia que é transferida para 1 C de cargas para levá-las do pólo negativo para o pólo positivo da pilha?

= P^ , → EP = qUEP = ( 1 C ) ×(1,5 V) =1,5J. q

E U

Símbolo de fonte de tensão:

- +

Se uma quantidade de carga ∆ Q atravessa uma área A do condutor num intervalo de

tempo ∆ t , então a corrente i que atravessa essa área é definida como:

. t

Q i

;

1 coulomb

Q i

Corrente Elétrica:Corrente Elétrica:

Se a quantidade de carga passando pela área A é de 1 C, e se o tempo de passagem é de 1 s, temos 1 ampère (A) de corrente.

; 1 segundo

1 coulomb

t

Q i

Unidade de corrente elétrica:

= 1 ampère (A). ∆

t

Q i

A

l R

ρ

Resistência Elétrica:Resistência Elétrica:

Chama-se resistência elétrica a oposição interna do material à circulação das cargas.

A resistência R de um condutor depende do tipo de material de que o condutor é

feito, do comprimento do condutor , da área da seção reta do condutor e da temperatura

do condutor.

R = resistência elétrica, em ohms (Ω);

ρρρρ = resistividade do material, em ohms. mm^2 /m; ΑΑ ΑΑ = área da seção reta, em mm^2.

l

A

R =

A

seção reta.

ΑΑ ΑΑ = área da seção reta, em mm^2.

l = comprimento do condutor, em m.

Resistividade:

. L

RA ρ =

Condutividade:

.

1

ρ

χ =

Características dos principais condutores Material Resistividade - ΩΩΩΩ .mm (^2) /m^ ρρρρ^ Condutividade - S.m/mm 2 χχχχ^ Coeficiente de Temperatura - oC-1^ αααα

Alumínio 0,0292 34,2 0, Bronze 0,067 14,9 0, Cobre puro 0,0162 61,7 0, Cobre duro 0,0178 56,1 0, Cobre recozido 0,0172 58,1 0, Constantan 0,5 2 0, Estanho 0,115 8,6 0, Grafite 13 0,07 0, Ferro puro 0,096 10,2 0,

10

Ferro puro 0,096 10,2 0, Latão 0,067 14,9 0, Manganina 0,48 2,08 0 Mercúrio 0,96 1,0044 0, Nicromo 1,1 0,909 0, Níquel 0,087 10,41 0, Ouro 0,024 43,5 0, Prata 0,00158 62,5 0, Platina 0,106 9,09 0, Tungstênio 0,055 18,18 0, Zinco 0,056 17,8 0,

A relação U = R i é sempre válida, pois ela é a definição de resistência. Quando a resistência R

for constante para qualquer ddp U e corrente i , dizemos que o resistor obedece a Lei de Ohm:

U = R i com R = constante

i (^) i i

Lei de Ohm:Lei de Ohm:

Resistor que obedece a lei de Ohm

Diodo de vácuo. Não obedece a lei de Ohm

Diodo semicondutor. Não obedece a lei de Ohm

U U^ U

i (^) i i

O O^ O

Exemplo : Em uma lâmpada comum encontramos as seguintes especificações do fabricante: 60 W; 120 V.

a) Se a lâmpada está ligada a uma fonte de tensão U = 120 V, qual é a corrente que passa por ela?

A potência é dada por: (^) P = i U onde P = 60 W; U = 120 V;

0,5 A. 120 V

60 W

U

P i = = = 0,5 A. U 120 V

i = = =

b) Qual é a resistência do filamento dessa lâmpada?

U = R i

Sendo a tensão no filamento U = 120 V e a corrente i = 0,5 A, temos:

240 Ω. 0,5 A

120 V

i

U R = = =

Cálculo da Energia Elétrica ConsumidaCálculo da Energia Elétrica Consumida

1 - Dada a potencia P em watts (W), devemos passá-la para quilowatts (kW) dividindo o valor em W por 1000. Exemplos: 17 W = 0,017 kW 450 W = 0,45 kW; 3200 W = 3,2 kW;

2 – O intervalo de tempo ∆t deve ser dado em horas (h): Exemplos: 30 min = 0,5 h; 4 dias = 96 h; 1 mês (30 dias) = 720 h.

3 – A energia consumida, E, será dada por: (^) E = P. ∆∆∆∆∆∆∆∆ t

Exemplo: Um ferro de passar roupa de potência P = 1200 W funcionando por 15 min consumirá quantos kWh? Qual será o consumo em 30 dias? Quanto o ferro custará por mês se a tarifa por kWh for de R$ 0,

P = 1200 W = 1,2 kW; ∆t = 15 min = 0,25 h.

E = P. ∆t à E = 1,2 kW. 0,25 h à E = 0,3 kWh. O ferro consumirá 0,3 kWh.

Se ele for usado todo dia, em 30 dias ele consumirá 30 X 0,3 kWh = 9,0 kWh. Se a tarifa de energia é de R$ 0,30, o valor gasto por mês será: R$ 0,30 X 9,0 = R$ 2,