CIRCUITO RC
A figura abaixo mostra o diagrama de circuito para um capacitor , com
carga inicial Q0, que é
descarregado ligando-o a uma resistência R. Esse
circuito é designado de circuito RC.
quinta-feira, 22 de agosto de 2013
Ressonância
RESSONÂNCIA
A reatância equivalente num circuito varia com a frequência. Se o
circuito inclui condensadores e indutores, a reatância será uma função da
frequência. Quando a reatância for elevada, o módulo da impedância será elevado
e o fator de potência baixo. Isso implica corrente máxima e potência média
muito baixas. Nas frequências em que a reatância for menor, o módulo da
impedância será menor e a potência dissipada maior. Em alguns casos (indutores
em série com condensadores) poderá existir uma frequência intermédia, para a
qual a reatância equivalente é nula. Nesse caso o módulo da impedância será
mínimo, o fator de potência será máximo 
e as fases
da tensão e da corrente serão iguais (fasores na mesma direção e sentido).
Quando isso acontece, diz-se que a tensão de entrada está em ressonância com o
circuito. A frequência para a qual a reatância é nula é um valor caraterístico
do circuito, designado de frequência de ressonância.
e as fases
da tensão e da corrente serão iguais (fasores na mesma direção e sentido).
Quando isso acontece, diz-se que a tensão de entrada está em ressonância com o
circuito. A frequência para a qual a reatância é nula é um valor caraterístico
do circuito, designado de frequência de ressonância.
Potência dissipada nos circuitos
POTÊNCIA DISSIPADA NOS CIRCUITOS
Em qualquer ponto num circuito de corrente alternada, a corrente é uma
função sinusoidal. Em cada período de oscilação, a mudança de sinal da função
sinusoidal indica que o sentido da corrente muda. O integral da função, em cada
período é nulo. Isso quer dizer que a carga transferida é nula; durante metade
do período há transporte de carga num sentido, mas no restante meio período a
mesma carga é transportada no sentido inverso.
Não existe transferência efetiva de carga nos circuitos de corrente
alternada. As cargas de condução simplesmente oscilam à volta de uma posição de
equilíbrio. A pesar de não existir transferência efetiva de cargas, existirá
dissipação efetiva de energia, porque a oscilação das cargas está a ser
contrariada pela resistência dos condutores e existe efeito Joule,
independentemente do sentido da corrente.
Em qualquer dispositivo passivo dentro de um circuito com uma fonte de
tensão alternada, após uma possível resposta transitória inicial, a tensão e a
corrente serão funções sinusoidais com a mesma frequência da fonte:
Circuito LC
CIRCUITO LC
No circuito do lado esquerdo da figura abaixo, o interruptor S tem estado
fechado durante muito tempo e o interruptor S2 aberto. Num
instante que designamos T=0 abre-se o
interruptor S1 e,
simultaneamente, fecha-se o interruptor S2. Assim,
para T>=0 o circuito
equivalente é o que aparece no lado direito da figura.
Circuitos de corrente alternada
HISTÓRIA
História
No fim da década de 1880
viveu-se nos Estados Unidos um período conhecido como a Guerra das Correntes.
Nessa época já existia uma rede elétrica pública, usada principalmente para
acender lâmpadas incandescentes e alimentar motores elétricos. A exploração
dessa rede elétrica revertia grandes benefícios a Thomas A. Edison que tinha
obtido várias patentes pela invenção da lâmpada e outros dispositivos para
gerar corrente contínua. Outras pessoas tentaram entrar nesse novo negocio
milionário com as suas inovações; George Westinghouse, quem já tinha tido
sucesso comercializando as suas próprias patentes, contratou Nikola Tesla, um
cientista brilhante, imigrante da Croácia. Tesla obteve uma patente pelo
dispositivo na figura acima, para produzir e distribuir corrente alternada. A
guerra das correntes acabaria por ser ganha pelo sistema de corrente alternada
de Tesla e Westinghouse; uma das principais vantagens sobre o sistema de
corrente contínua de Edison é a facilidade de poder aumentar ou diminuir a
tensão por meio de transformadores.
As perdas de energia na
transmissão de corrente em grandes distâncias são menores quanto maior for a
tensão usada. Usa-se alta tensão para transferir a corrente desde as centrais
elétricas até as localidades; a tensão deve ser reduzida antes de ser
disponibilizada para o consumo doméstico, para reduzir os riscos de segurança.
Método das malhas
MÉTODO DAS MALHAS
Nos circuitos com várias resistências foi sempre possível substituir as
resistências por uma única resistência equivalente, permitindo assim calcular a
corrente fornecida pela fonte e todas as outras correntes nas resistências. Nos
casos em que existem várias fontes ou quando não é possível associar
resistências, ou capacitores, em série e em paralelo até obter uma única
resistência (ou capacitor) equivalente, será útil usar o método das malhas. Por
exemplo, no circuito da figura abaixo nenhuma das resistências está nem em
série nem em paralelo com nenhuma outra.
Consequentemente, não é possível associar as resistências até obter uma
única resistência equivalente.
Circuito com cinco resistências em que nenhuma delas está em série ou em
paralelo com outra.
Usaremos esse circuito da figura acima para mostrar o fundamento do método das malhas. Na resolução de problemas não será preciso realizar a mesma análise que vamos fazer a seguir, mas bastará com aplicar as regras enunciadas no fim da seção, para escrever a matriz do circuito.
Leis dos circuitos
LEIS DOS CIRCUITOS
Leis dos circuitos
A análise de um circuito consiste em calcular a corrente ou diferença de
potencial em cada resistência e a carga ou diferença de potencial em cada
condensador. Com essas grandezas podemos também determinar a potência que está
a ser dissipada nas resistências e a energia armazenada nos condensadores. Para
analisar os circuitos é conveniente usar duas regras gerais designadas de leis
de Kirchhoff.
A primeira lei, a lei dos nós, ou lei das correntes,
consiste em que em qualquer ponto de um circuito onde exista separação da
corrente (nó), a diferença entre a soma das correntes que entram no ponto e a
soma das correntes que saem é igual a zero. Por exemplo, no nó representado na
figura abaixo, há uma corrente I1 a entrar no
nó, e duas correntes I2 e I3 a sair.
A lei das correntes implica:
Essa lei será válida sempre que as correntes sejam estacionárias;
nomeadamente, quando a densidade da nuvem de cargas de condução permaneça constante
dentro do condutor, sem existir acumulação de cargas em nenhum ponto; nesse
caso, toda a carga que entra por um condutor, por unidade de tempo, deverá sair
por outros condutores.
Diagramas de circuito
DIAGRAMA DE CIRCUITO
Para poder estudar um circuito mais facilmente, convém representá-lo por
um diagrama de circuito. Por exemplo, a figura abaixo mostra o diagrama de
circuito de um divisor de voltagem. Os pontos A, B e C são os 3 terminais de um
potenciómetro (lado direito da figura 5.1), que é formado por um arco de
círculo de um material condutor, entre os terminais nos dois extremos, A e C, e
um contato móvel, ligado ao terminal central B, que pode ser deslocado sobre o
arco condutor, rodando o eixo do potenciómetro. Assim, entre A e C temos uma
resistência constante, Rp, e entre A
e B temos umas resistência que pode ser modificada, entre 0 e Rp, rodando o
eixo.
Diagrama de circuito de um divisor de voltagem e fotografia de um
potenciómetro.
Entre os pontos A e C do potenciómetro foi ligada uma pilha com fem e e
resistência interna rAs saídas do divisor de voltagem são os pontos A
e Bonde foi ligada uma resistência R. Quando o contato móvel, B,
do potenciómetro é deslocado entre A e C, a diferença de
potencial na resistência R será a mesma que nos pontos A e B, que é diretamente
proporcional à resistência do potenciómetro entre A e B. Assim, consegue-se
obter em R uma diferença de potencial que pode ser ajustada entre 0 e um valor
máximo.
Outro exemplo de diagrama de circuito é a
montagem usada para carregar um condensador e a seguir observar como diminui a
diferença de potencial quando o condensador é descarregado através de um
voltímetro.
Leis Elétricas
LEI DE OHM
A diferença de potencial, V,
dividido pela corrente eléctrica, I , é resistência do resistor, R,
que é denominada de Lei de Ohm: V = IR
A Lei de Ohm, assim
designada em homenagem ao seu formulador, o físico alemão Georg Simon Ohm
(1787-1854), afirma que, para um condutor mantido à temperatura constante, a
razão entre a tensão entre dois pontos e a corrente elétrica é constante. Essa
constante é denominada de resistência elétrica.
Primeira lei de Ohm
Quando essa lei é verdadeira
num determinado condutor mantido à temperatura constante, este denomina-se condutor
ôhmico. A resistência de um dispositivo condutor é dada pela fórmula:
OU
V=é a diferença de potencial elétrico (ou tensão, ou
ddp) medida em volt (V);
I=é a intensidade da corrente elétrica medida em ampère
(A) e
R=é a resistência elétrica medida em ohm (Ω).
Essa expressão não depende da
natureza de tal condutor: ela é válida para todos os condutores. Para um
dispositivo condutor que obedeça à lei de Ohm, a diferença de potencial
aplicada é proporcional à corrente elétrica, isto é, a resistência é independente
da diferença de potencial e da corrente. Um dispositivo muito utilizado em
aparelhos eletrônicos, como rádios, televisores e amplificadores, que obedece à
essa lei é o resistor, cuja função é controlar a intensidade de corrente
elétrica que passa pelo aparelho.2
Entretanto, para alguns
materiais, por exemplo os semicondutores, a resistência elétrica não é
constante, mesmo que a temperatura seja, ela depende da diferença de potencial. Estes são denominados condutores não ôhmicos.
Um exemplo de componente eletrônico que não obedece à lei de Ohm é o diodo.
Interpretação da resistência elétrica
A resistência elétrica pode
ser entendida como a dificuldade de se estabelecer uma corrente elétrica num
determinado condutor. Por exemplo, um fio de nicromo precisa ser submetido à
uma diferença de potencial de 300V para que seja estabelecida uma corrente de
1A, enquanto um fio de tungstênio precisa ser submetido à apenas 15V para que
nele se estabeleça a mesma corrente. Isto significa que a resistência elétrica
do nicromo é maior do que a do tungstênio:
Segunda lei de Ohm
A segunda lei de Ohm diz que a resistência elétrica de um condutor
homogêneo e de seção transversal constante é proporcional ao seu comprimento,
inversamente proporcional à sua área transversal e depende da
temperatura e do material de que é feito o condutor:
Gerador elétrico
GERADOR ELÉTRICO
Gerador é um dispositivo utilizado
para a conversão da energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia
elétrica.
Características
O tipo mais comum de gerador
elétrico, o dínamo (gerador de corrente contínua) de uma bicicleta, depende da
indução eletromagnética para converter energia mecânica em energia elétrica, a
lei básica de indução eletromagnética é baseada na Lei de Faraday de indução
combinada com a Lei de Ampere que são matematicamente expressas pela 3º e 4º
equações de Maxwell respectivamente.
O dínamo funciona convertendo
a energia mecânica contida na rotação do eixo do mesmo que faz com que a
intensidade de um campo magnético produzido por um imã permanente que atravessa
um conjunto de enrolamentos varie no tempo, o que pela Lei da indução de
Faraday leva a indução de tensões nos terminais dos mesmos
A energia mecânica (muitas
vezes proveniente de uma turbina hidráulica, à gás ou a vapor) é utilizada para
fazer girar o rotor, o qual induz uma tensão nos terminais dos enrolamentos que
ao serem conectados a cargas levam a circulação de correntes elétricas pelos
enrolamentos e pela carga.
No caso de um gerador que
fornece uma corrente contínua, um interruptor mecânico ou anel comutador
alterna o sentido da corrente de forma que a mesma permaneça unidirecional
independente do sentido da posição da força eletromotriz induzida pelo campo.
Os grandes geradores das usinas geradoras de energia elétrica fornecem corrente
alternada e utilizam turbinas hidráulicas e geradores síncronos.
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