Introdução aos Circuitos Elétricos Aula 2

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1 Introdução aos Circuitos Elétricos Aula 2
Centro de Ciências Tecnológicas CCT – UDESC Joinville Departamento de Engenharia Elétrica Introdução aos Circuitos Elétricos Aula 2 Tutor do curso: João Paulo Bertolini Sehn Material elaborado por: Prof. Raimunto Notato Gonçalves de Oliveira e Leandro Santos Monteiro Editado por:

2 Tópicos da Aula

3 Propriedades dos Circuitos Elétricos
Superposição: Homogeneidade: Sistema linear: satisfaz ambos os princípios. Sistema não-linear: pelo menos um dos princípios não é satisfeito.

4 Elementos de Circuitos Elétricos
Componente ou dispositivo de circuito: O comportamento de um dispositivo é descrito em termos da relação entre sua tensão e corrente. A relação V-I pode ser obtida via experimento ou princípios físicos. A exemplo de: V = RI – Lei de Ohm, R = V/I, relação tensão - corrente de um resistor ôhmico.

5 Resistores Resistividade: A habilidade de um material em resistir ao fluxo de cargas. Materiais isolantes: elevada resistividade. Materiais condutores: baixa resistividade. Tabela com algumas resistividades: Resistividade (ohm.m) Vidro 10 12 Quartzo (fundido) 5  10 16 Silício 2,3  10 3 Alumínio 2,7  10 – 8 Carbono 4  10 – 5 Cobre 1,7  10 – 8

6 Resistores Resistência (R) = propriedade física de um elemento ou dispositivo que dificulta o fluxo de corrente. Observe aqui a relação inversamente proporcional entre a corrente e a resistência. Aumentamos R, diminuímos I Resistência possui relação direta com a resistividade do material que constitui o resistor:

7 Resistência: Lei de Ohm Formulação alternativa da lei de Ohm: Unidade:
Resistores Resistência: Lei de Ohm Formulação alternativa da lei de Ohm: Unidade: G: condutância [S – siemens (SI)]

8 Resistores Código de cores: a = 1ª Dígito b = 2ª Dígito n = 3ª Dígito
Tolerância ( % ) PRATA - 10 DOURADO 5 PRETO MARROM 1 VERMELHO 2 LARANJA 3 AMARELO 4 VERDE AZUL 6 VIOLETA 7 CINZA 8 BRANCO 9

9 Resistores - Potência  p  0 sempre!

10 Resistores - Potência Exemplo: Modelo para uma bateria de carro quando as luzes são deixadas acesas e o motor desligado. Bateria de automóvel: v = 12 V (fonte de tensão constante) Lâmpada: R = 6  Determine a corrente i, a potência p e a energia fornecida pela bateria para um período de quatro horas. R i Bateria: energia armazenada é finita ( 106 J quando carregada)

11 Transdutores Transdutores: Dispositivos que convertem quantidades físicas em quantidades elétricas. Exemplos: potenciômetros e sensores de temperatura Potenciômetros: Convertem posição em resistência. (1 – a) R p R p a R p 0  a  1

12 Transdutores Sensores de temperatura: LM 35
Variação da tensão de acordo com a temperatura: *Existem também componentes que variam a resistência de acordo com a temperatura

13 Interruptores Abertos ou fechados. Idealmente:
Curto-circuito quando fechados; Circuito aberto quando abertos. Interruptores ideais: mudam de estado instantaneamente.

14 Interruptores

15 Análise de circuitos simples
Lei de ohm aplicada à análise:

16 Lei de Ohm - Aplicação

17 Curto Circuito e Circuito Aberto
Fonte de tensão ideal com v (t) = 0 Também pode ser descrito como um caso especial de resistência, em que R = 0 (G = ) Circuito aberto: Fonte de corrente ideal com i (t) = 0 Também pode ser descrito como um caso especial de resistência, em que R =  (G = 0)

18 Instrumentos de Medição
Amperímetro ideal: Mede a corrente passando por seus terminais. Possui uma tensão nula entre seus terminais  não interfere no circuito. Age como um curto-circuito. Voltímetro ideal: Mede a tensão entre seus terminais. A corrente que passa por seus terminais é nula  não interfere no circuito. Age como um circuito aberto.

19 Instrumentos de Medição Voltímetro

20 Instrumentos de Medição Ohmímetro

21 Instrumentos de Medição Amperímetro

22 Fontes de Tensão e Corrente
Fontes de Eletricidade – transformar outras fonte de energia em energia elétrica e vice-versa. Fonte ideal de Tensão – mantém uma tensão específica entre os terminais qualquer que seja a corrente que o atravessa. Fonte ideal de Corrente – é um elemento que é atravessado por uma corrente especificada qualquer, independente da tensão entre seus terminais. Divisão das Fontes: Fontes Independentes: estabelece uma tensão ou corrente, em um circuito, independente das outras tensões e correntes envolvidas Fontes Dependentes: estabelece uma tensão ou corrente, em um circuito, cujo valor depende de uma tensão ou corrente em um outro ponto do circuito.

23 Fontes Independentes i + v (t) – Fontes ideais!

24 Fontes Dependentes Consistem de dois elementos:
o elemento de controle e o elemento controlado. Fonte de tensão controlada ou dependente: Fonte cuja tensão é controlada por outra tensão ou por uma corrente. Fonte de corrente controlada ou dependente: Fonte cuja corrente é controlada por outra corrente ou por uma tensão.

25 Fontes Dependentes

26 Nós, Caminhos, Laços, Ramos
NÓ: um ponto no qual dois ou mais elementos de circuito têm uma conexão comum. CAMINHO: trajeto partindo de um nó em uma rede, passando por vários nós sem passar por um nó mais de uma vez. LAÇO: quando o nó de partida for igual ao nó de chegada em um caminho. RAMO: caminho único em uma rede, composto por um elemento simples e os nós presentes em cada uma de suas extremidades.

27 Lei das Tensões de Kirchhoff
Lei das tensões de Kirchhoff (sequências fechadas de nós – caminho fechado): Para qualquer circuito concentrado conectado, para qualquer sequência de nós escolhida, em qualquer tempo t, a soma algébrica de toda as tensões entre nós (ou diferença de potencial – ddp – entre dois nós) ao longo da sequência de nós escolhidos é igual a zero. Conservação de cargas: lei fundamental da física A carga elétrica é conservada  não há nenhum experimento conhecido em que uma carga elétrica líquida é criada ou destruída. A Lei das correntes de Kirchhoff expressa essa lei fundamental no contexto de circuitos concentrados.

28 Lei das Tensões de Kirchhoff

29 Lei das Corrente de Kirchhoff

30 Lei das Correntes de Kirchhoff

31 Lei das Correntes de Kirchhoff