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Física Geral e Experimental III Prof. Ms. Alysson Cristiano Beneti Instituto Tecnológico do Sudoeste Paulista Faculdade de Engenharia Elétrica – FEE Bacharelado.

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1 Física Geral e Experimental III Prof. Ms. Alysson Cristiano Beneti Instituto Tecnológico do Sudoeste Paulista Faculdade de Engenharia Elétrica – FEE Bacharelado em Engenharia Elétrica Aula 10 Eletrodinâmica: 1ª Lei de Ohm, Geradores Elétricos, Associação de Resistores, Circuitos Elétricos, Potência Elétrica, Circuito RC e Semicondutores IPAUSSU-SP 2012

2 A corrente que atravessa um dispositivo é sempre diretamente proporcional à ddp aplicada ao dispositivo. Um dispositivo obedece à Lei de Ohm se a resistência do dispositivo não depende da ddp aplicada. Primeira Lei de Ohm Uma ddp aplicada aos terminais de um dispositivo estabelecendo uma corrente Gráfico da corrente i em função da ddp aplicada V quando o dispositivo é um resistor de 1000  Gráfico da corrente i em função da ddp aplicada V quando o dispositivo é um diodo semicondutor

3 A microeletrônica moderna, e portanto boa parte da tecnologia atual, depende quase que totalmente de dispositivos que não obedecem a Lei de Ohm. Primeira Lei de Ohm Gerador Dispositivo (Resistor) Dispositivo (Resistor) Ler texto: “Uma visão microscópica da Lei de Ohm” Halliday, Vol.3, p.152

4 Exemplos 1. Nas figuras abaixo, um resistor ôhmico esta ligado a uma bateria. Cada uma delas apresenta uma tensão diferente. a) Calcule o valor da resistência elétrica sabendo que a intensidade da corrente que atravessa o resistor e de 0,50A no primeiro circuito. Indique o sentido convencional da corrente. b) Sendo o mesmo resistor do item (a) calcule a intensidade de corrente que “circula” no segundo circuito elétrico e indique o seu sentido convencional.

5 Exemplos 2. Um estudante, num laboratório de Física, usando aparelhos adequados de medição, fez diversas medidas de tensão elétrica num resistor e também das respectivas intensidades de corrente elétrica. Com isso, conseguiu uma tabela de dados que lhe permitiu esboçar o gráfico abaixo. Determine a resistência elétrica do circuito. 3. Medindo-se a corrente eletrica (I) e a diferenca de potencial (V) em um resistor, registraram-se os valores abaixo tabela dos: a) Faca um esboço do gráfico da diferença de potencial V em função da corrente i. b) Calcule o valor da resistência R do resistor.

6 Gerador Elétrico É um dispositivo que converte energia não elétrica em energia elétrica. Química Pilhas, Baterias Química Pilhas, Baterias Hidráulica Hidrelétricas Hidráulica Hidrelétricas Térmicas Termelétricas e Termonucleares Térmicas Termelétricas e Termonucleares Marés Solar Ventos Eólica Ventos Eólica

7 Gerador Elétrico Símbolos dos geradores elétricos: Gerador ideal CC (Corrente Contínua) Gerador real CC (Corrente Contínua) Gerador CA (Corrente Alternada)

8 Associação de Resistores

9 Exemplos 1. Determine a resistência equivalente entre os terminais A e B:

10 Exemplos 2. Determine a resistência equivalente entre os terminais A e B: 3. No trecho de circuito abaixo, calcule os valores de i e R:

11 Circuitos Elétricos

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13 Os circuitos elétricos podem ser muito simples como o de uma lanterna, até muito complexos, como é o caso de uma “placa mãe” de um microcomputador. Vamos começar com os mais simples, os circuitos compostos por pilhas e resistores. O circuito real abaixo: Pode ser representado por símbolos

14 Exemplos 1. O circuito abaixo e formado por quatro resistores e um gerador ideal que fornece uma tensão V = 10 volts. O valor da resistência do resistor R e desconhecido. Na figura, estão indicados os valores das resistências dos outros resistores. Determine o valor de R, sabendo que a corrente em R1 é igual a 255,102mA.

15 Exemplos 2. No circuito abaixo esquematizado, determine o valor da d.d.p. indicada pelo voltímetro V quando a chave está aberta e quando está fechada.

16 Potência Elétrica É a taxa de conversão de energia elétrica em outro tipo de energia em cada intervalo de tempo. Nos circuitos elétricos, relacionando à 1ª Lei de Ohm:

17 Exemplos 1. Calcule a potência dissipada no resistor R1 no circuito abaixo:

18 Circuito RC Um capacitor que está sendo carregado se comporta inicialmente como um fio comum. Após um longo período de tempo o capacitor se comporta como um fio interrompido. Constante de Tempo de Carga e Descarga

19 Circuito RC Carga do Capacitor Carga Capacitância Resistência Tempo de Carga f.e.m gerador Nº de Neper 2, Nº de Neper 2, Corrente de Carga

20 Circuito RC Descarga do Capacitor Carga Resistência Tempo de Carga Carga inicial Nº de Neper 2, Nº de Neper 2, Corrente de Descarga Capacitância

21 Exemplos 1. Um capacitor de 1  C e um resistor de 2K  são ligados em série, alimentados com uma fonte de 10V, conforme o circuito. A chave S é manobrada para a posição carga. Determine (a) a carga do capacitor após 4ms da ligação da chave, (b) a corrente de carga após 2ms de ligação da chave. Após 10ms, a chave foi comutada para a posição descarga. Determine (c) a carga após 7ms a chave ter sido acionada e (d) os gráficos qxt e ixt para a carga.

22 Semicondutores Constituem a base da revolução da microeletrônica. Veja a tabela: Vemos que o silício possui um nº muito menor de portadores de carga, uma resistividade muito maior e um coeficiente de temperatura da resistividade que é ao mesmo tempo elevado e negativo. Assim, enquanto a resistividade do cobre aumenta quando a temperatura aumenta, a resistividade do silício diminui. O silício puro apresenta uma resistividade tão alta que se comporta como um isolante e, portanto parece não ter nenhuma utilidade em circuitos eletrônicos. PropriedadeCobreSilício Tipo de MaterialMetalSemicondutor Densidade de portadores de carga, m -3 8, Resistividade, .m 1, , Coeficiente de temperatura da resistividade, K -1 +4, Ler pág. 156 e 157 Halliday, Vol.3 Ler pág. 156 e 157 Halliday, Vol.3

23 Semicondutores Entretanto, a resistividade do silício pode ser reduzida de forma controlada pela adição de pequenas quantidades de átomos de “impurezas”, um processo conhecido como dopagem. Observe na tabela valores da resistividade do silício puro dopado com impurezas diferentes:

24 Semicondutores Um semicondutor tem as mesmas propriedades de um isolante, exceto pelo fato de que a energia necessária para liberar alguns elétrons é um pouco menor. Através da dopagem podemos controlar a concentração de portadores de carga e assim modificar as propriedades elétricas do material. São exemplos de dispositivos construídos com este princípio: Diodos Transistores Circuitos integrados (CI) TRIAC DIAC


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