Eletrotéc, Notas de estudo de Mecatrônica

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ELETROTÉCNICA

© SENAI - PR, 2001

CÓDIGO DE CATÁLOGO : 1201

Trabalho elaborado pela Diretoria de Educação e Tecnologia do Departamento Regional do SENAI - PR , através do LABTEC - Laboratório de Tecnologia Educacional.

Coordenação geral Marco Antonio Areias Secco Elaboração técnica Senai - Maringá

Equipe de editoração Coordenação Lucio Suckow Diagramação José Maria Gorosito Ilustração José Maria Gorosito Revisão técnica Senai - Maringá Capa Ricardo Mueller de Oliveira

Referência Bibliográfica. NIT - Núcleo de Informação Tecnológica SENAI - DET - DR/PR

S474e SENAI - PR. DET Eletrotécnica Curitiba, 2001, 100 p

CDU -

Direitos reservados ao SENAI — Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Paraná Avenida Cândido de Abreu, 200 - Centro Cívico Telefone: (41) 350- Telefax: (41) 350- E-mail: senaidr@pr.senai.br CEP 80530-902 — Curitiba - PR

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A compreensão dos fenômenos elétricos supõe um conhecimento básico da estrutura da matéria, cujas noções fundamentais serão reunidas a seguir.

Toda matéria, qualquer que seja seu estado físico, é formada por partículas denominadas moléculas. As moléculas são constituídas por combinações de tipos diferentes de partículas extremamente pequenas, que são os átomos. Quando uma determinada matéria é composta de átomos iguais é denominada elemento químico.

Os átomos são constituídos por partículas extraordinariamente pequenas, das quais as mais diretamente relacionada com os fenômenos elétricos básicos são as seguintes :

• prótons , que possuem carga elétrica positiva ;
• elétrons , possuidores de carga negativa,
• nêutrons , que são eletricamente neutros.

O modelo de Bohr tem uma estrutura muito semelhante à do sistema solar, onde os planetas giram em torno do sol, cada um em sua órbita. Ele representa o átomo com suas três partículas fundamentais: elétrons, prótons e nêutrons, como mostra a figura.

MATÉRIA

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Nos condutores, existem partículas invisíveis chamadas elétrons, que estão em constante movimento de forma desordenada. Para que estes elétrons passem a se movimentar de forma ordenada é preciso que se aplique uma força, de modo que se estabeleça um fluxo ordenado de elétrons.

Desta forma podemos considerar que, quando entre as extremidades de um condutor existir uma diferença de concentração de elétrons, isto é, de carga elétrica, existirá um potencial elétrico ou uma tensão elétrica entre esses dois pontos.

Através destes conhecimentos, definimos tensão elétrica da seguinte maneira:

TENSÃO ELÉTRICA : é a força que impulsiona os elétrons livres nos fios.

A tensão elétrica é também conhecida como diferença de potencial ( d.d.p. ).

• Unidade de medida : Volt ( V )
• Aparelho de medida de tensão elétrica : voltímetro

RELAÇÃO ENTRE AS UNIDADES :

TENSÃO ELÉTRICA ( E ) :

Tabela para a conversão de unidades de medida:

Relações Denominação Símbolo Valor em relação ao volt múltiplos Megavolt -10 6 MV^ 1000000V “ Quilovolt 10 3 kV^ 1000V unidade volt V submúltiplos Milivolt 10 -3^ mV 0.001V “ Microvolt 10 -6^ μ V 0.000001V

kA A mA μA

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TIPOS DE TENSÃO ELÉTRICA :

• Tensão contínua
• Tensão alternada

TENSÃO ELÉTRICA CONTÍNUA :

Tensão contínua - é aquela que não varia ao longo do tempo. Possui a sua polaridade definida.

Como exemplos de fontes de tensão contínua temos as pilhas e baterias

TENSÃO ELÉTRICA ALTERNADA :

Tensão alternada - é aquela que troca de polaridade constantemente, provocando nos circuitos um fluxo de corrente ora em um sentido, ora em outro.

A tensão elétrica disponível nas residências é do tipo alternada, razão pela qual a maior parte dos equipamentos elétricos é construído para funcionar alimentado a partir deste tipo de corrente elétrica.

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TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA :

• Corrente contínua
• Corrente alternada

CORRENTE CONTÍNUA ( CC ) :

Corrente Contínua é aquela cuja intensidade é constante e sempre no mesmo sentido. Ex. : pilhas comuns e baterias.

CORRENTE ALTERNADA (CA ) :

Corrente Alternada é aquela cuja intensidade varia senoidalmente com o tempo e cujo sentido inverte periodicamente. Ex. : corrente utilizada nas residências.

11 RESISTÊNCIA ELÉTRICA é a dificuldade encontrada pela corrente elétrica ao atravessar um corpo.

• Unidade de medida : ohm ( Ω );

Aparelho de medida de resistência elétrica : ohmmímetro; *Obs. : para medir a resistência de um aparelho, o aparelho deve ser desligado da rede, caso contrário poderá danificar o equipamento ( ohmmímetro ). Todos os materiais apresentam resistência elétrica, desta forma podemos classificá-los em 3 grupos : condutores, isolantes e semicondutores. a ) condutores :oferecem relativa facilidade à passagem da corrente elétrica ( baixa resistência ); b ) isolantes :oferecem muita dificuldade, sendo quase impossível a passagem da corrente elétrica ( alta resistência ); c ) semicondutores: têm caracteristicas intermediárias entre os condutores e os isolantes, e são largamente utilizados em eletrônica. RELAÇÃO ENTRE AS UNIDADES :

RESISTÊNCIA ELÉTRICA ( R ) :

o Valor e relação am pèr 1000 Ù

-

MÙ kÙ Ù (^) mÙ Relação Denominação Símbolo Valor em relaampéreção ao Múltiplos Megaohms MÙ 1000000Ù Múltiplos quilohm kÙ 1000Ù Unidade ohm Ù Ù Submúltiplos miliohm mÙ 0,001Ù Submúltiplos microohm μÙ 0.000001Ù Tabela para conversão de unidades de medidas

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CONSIDERAÇÕES :

Na introdução ao estudo da potência elétrica definimos que potência elétrica é o produto de uma tensão elétrica E por uma corrente I, onde obtemos como unidade de medida o watt ( W ). No entanto, este produto fornece “na realidade” uma unidade de potência expressa em volt - ampère ( VA ), a qual denominamos Potência Aparente****.

Esta diferenciação, para fins de entendimento, existe pelo fato de trabalharmos com dois tipos de tensão elétrica ( contínua e alternada ).

Portanto, sempre que trabalharmos em tensão contínua deveremos nos referir a uma potência, cuja unidade de medida é o Watt ( W ), e quando trabalharmos em tensão alternada (na maioria dos casos), utilizaremos o volt - ampère ( VA ) - potência aparente , a qual é composta de duas parcelas: potência ativa ( W ) e potência reativa ( var ).

• Potência ativa : é a parcela efetivamente transformada em outras formas de potência :

Potência mecânica, potência térmica e potência luminosa, ou seja é a energia que realmente produz algum tipo de trabalho. Em termos práticos é a energia que consumimos e pagamos.

A unidade de medida desta forma de potência é o Watt ( W ).

RELAÇÃO ENTRE AS UNIDADES :

kW W mW μW

Relação Denominação Símbolo Valor em relaampéreção ao Múltiplos quilowatt kW 1000W Unidade ohm W Submúltiplos miliohm mM 0,001W Submúltiplos microohm (^) μΩ 0.000001W Tabela para conversão de unidades de medidas

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• Potência reativa : é a parcela transformada em campo magnético, necessário por exemplo ao funcionamento de motores, transformadores e reatores. Este tipo de energia não gera trabalho nenhum ( desperdício ). Logo, é uma energia que não consumimos mas pagamos.

A unidade de medida da potência reativa é o volt - ampère - reativo ( var ).

A relação entre a potência ativa ( W ) e a potência aparente ( VA ) nos fornece o que chamamos de fator de potência, muito importante para as indústrias e concessionárias de energia elétrica.

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linhas de transmissão de energia, das usinas geradoras até as cidades.

ISOLANTES :

São materiais que possuem grande resistência à passagem da corrente elétrica.

Neste grupo de materiais os elétrons estão presos aos átomos por uma força de atração muito maior do que nos materiais condutores.

Devido a essa característica, estes materiais oferecem pequena condutância e grande resistência. Não existe isolante perfeito, por maior que seja a sua resistência, sempre existirá condutância.

Os materiais isolantes mais utilizados são : o plástico, a borracha, a baquelita, a porcelana e a mica.

• Plástico : é empregado no isolamento de condutores, corpo de tomadas, carcaça de eletrodomésticos, interruptores, plugues, etc..
• Borracha : é empregado na fabricação de isolamento de condutores.
• Baquelita : é empregada na confecção do corpo de interruptores, tomadas e na base e corpo de chaves.
• Porcelana : é empregada na fabricação de roldanas e bases de chaves.
• Mica : é empregado em locais onde serão desenvolvidas altas temperaturas, como por exemplo, entre a resistência e a carcaça do ferro de soldar, ferro de passar roupas, etc..

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RESISTORES :

São materiais que oferecem uma certa resistência à passagem da corrente elétrica. Sua função específica é transformar energia elétrica em calor.

Nestes materiais os elétrons estão presos ao núcleo do átomo por uma força de atração maior do que nos materiais condutores e menor que nos materiais isolantes.

Devido a essa característica, estes materiais oferecem média condutância e média resistência.Dentre os materiais considerados resistores elétricos, os mais usados em eletricidade são : o tungstênio e o níquel-cromo.

• Tungstênio : é utilizado na confecção de filamentos de lâmpadas incandescentes.
• Níquel - cromo : é bastante utilizado na confecção de resistência de eletrodomésticos, tais como : chuveiros, fogão elétrico, etc..

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• natureza do material;
• comprimento do condutor;
• seção transversal;
• temperatura.

NATUREZA DO MATERIAL :

Para a determinação dos valores de resistência, é importante levarmos em consideração a constituição atômica do material. Como cada material possui uma estrutura atômica diferente, logo teremos valores distintos de resistência.

COMPRIMENTO :

Um fator a ser considerado no estudo da resistência elétrica é o comprimento do fio, pois mesmo que tenhamos um material de mesma constituição atômica, mas comprimentos diferentes as respectivas resistências serão diferentes.

Portanto :

• aumentando o comprimento à aumentará a resistência
• diminuindo o comprimento à diminuirá a resistência

Obs. : é importante lembrar que estamos considerando materiais de mesma natureza.

Sabendo que a condutância é o inverso da resistência e levando em consideração o comprimento do material, concluímos que :

• aumentando o comprimento à diminuirá a condutância
• diminuindo o comprimento à aumentará a condutância

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SEÇÃO TRANSVERSAL :

Seção transversal é a área do material quando este é cortado transversalmente.

Interferência da seção transversal na resistência e condutância dos materiais, considerando materiais de mesma natureza e de igual comprimento.

Tomando-se dois materiais com as características citadas acima e seções transversais diferentes, conclui-se que :

• aumentando a seção transversal à diminuirá a resistência
• diminuindo a seção transversal à aumentará a resistência

Levando em consideração a condutância ( G ), conclui- se que :

• aumentando a seção transversal à aumentará a condutância
• diminuindo a seção transversal à diminuirá a condutância

TEMPERATURA :

O último fator que pode influenciar nos valores de resistência e condutância elétrica dos materiais é a temperatura, onde levaremos em consideração materiais de