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APOSTILA 1: MÓDULO 5 Ligações Elétricas. SITE: WWW. ISRAELAVEIRO. COM

Na passagem de uma corrente por um condutor observa-se efeitos, que veremos a seguir. Efeito térmico ou efeito Joule Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Esse efeito é a base de funcionamento dos aquecedores elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas etc. Efeito luminoso Em determinadas condições, a passagem da corrente elétrica através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos. são aplicações desse efeito. Neles há a transformação direta de energia elétrica em energia luminosa.

Na passagem de uma corrente por um condutor observa-se efeitos, que veremos a seguir. Efeito magnético Efeito químico Um condutor percorrido por uma corrente elétrica cria, na região próxima a ele, um campo magnético. Este é um dos efeitos mais importantes, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformadores, relés etc. Uma solução eletrolítica sofre decomposição, quando é atravessada por uma corrente elétrica. É a eletrólise. Esse efeito é utilizado, por exemplo, no revestimento de metais: cromagem, niquelação etc.

Resistência Elétrica Resistor: Resistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente energia elétrica em energia térmica. Simbolicamente é representado por: Alguns dispositivos elétricos classificados como resistores são: ferro de passar roupa, ferro de soldar, chuveiro elétrico, lâmpada incandescente, etc.

Caracterização dos resistores

Definimos: Resistência elétrica ( R ) é a relação entre a ddp aplicada ( U ) e a correspondente intensidade de corrente elétrica ( i ). ou U = R. i A resistência elétrica é uma característica do condutor, portanto, depende do material de que é feito o mesmo, de sua forma e dimensões e também da temperatura a que está submetido o condutor. Posteriormente, esses itens serão analisados mais detalhadamente.

Resistência Elétrica: (R) é uma medida da oposição ao movimento dos portadores de carga, ou seja, a resistência elétrica representa a dificuldade que os portadores de carga encontram para se movimentarem através do condutor. Quanto maior a mobilidade dos portadores de carga, menor a resistência elétrica do condutor. Maior resistência Menor resistência Fatores que influenciam no valor de uma resistência: 1) A resistência de um condutor é tanto maior quanto maior for seu comprimento. 2) A resistência de um condutor é tanto maior quanto menor for a área de sua seção reta, isto é, quanto mais fino for o condutor. 3) A resistência de um condutor depende do material de que ele é feito.

1° Lei de Ohm: determina que a diferença de potencial entre dois pontos de um resistor é proporcional à corrente elétrica que é estabelecida nele. Além disso, de acordo com essa lei, a razão entre o potencial elétrico e a corrente elétrica é sempre constante para resistores ôhmicos. U → tensão elétrica ou o potencial elétrico = em Volts. Dizemos que um condutor obedece à 1° Lei de Ohm quando ele apresenta uma resistência elétrica constante, quaisquer que sejam U e i. Condutor ôhmico: Condutor Não Ôhmico:

2° Lei de Ohm A Segunda Lei de Ohm estabelece que a resistência elétrica de um material é diretamente proporcional ao seu comprimento, inversamente proporcional à sua área de secção transversal. Além disso, ela depende do material do qual é constituído. É representada pela seguinte fórmula: Onde: R: resistência (Ω) ρ: resistividade do condutor (depende do material e de sua temperatura, medida em Ω. m) L: comprimento (m) A: área de secção transversal (m 2)

Potência Dissipada por um Resistor Como um dos efeitos gerados pela passagem da corrente elétrica é a dissipação de energia, podemos determinar a potência dissipada por um resistor pela seguinte relação: P = potência dissipada por um resistor ( em watts: W ) U = diferença de potencial ( em volts: V ) i = corrente elétrica que passa por um condutor ( em ampères: A ) Podemos usar mais duas relações a partir da primeira lei de Ohm: 1 KWh = 1000 W. 3600 s = 3, 6. 106 J

Exemplo de Exercício: página 49 – Ex. : 01

Circuitos: Aberto e Fechado, Interruptor E Nó. Em circuitos elétricos utiliza-se o conceito de nó, que é a junção de três ou mais ramos de circuito. • São nós: • Não são nós:

Tipos de Ligações

Tipos de Ligações

Ligação em Série Os interruptores são ligados em série com os aparelhos que devem controlar, enquanto que os aparelhos alimentados pela rede de energia são ligados em paralelo. Esta afirmação deixa a maioria das pessoas confusa. O que é "série" e o que é "paralelo". q Veja que, neste tipo de ligação, se uma das lâmpadas queimar, a corrente é interrompida em todo o circuito e todas as lâmpadas apagam! q Observe também que a tensão da rede de energia se divide entre as lâmpadas. Se o conjunto tiver 10 lâmpadas, os 110 V da rede de energia ficarão divididos por 10 e cada lâmpada recebe 11 V.

Ligação em Paralelo Um conjunto e resistores quaisquer é dito associado em paralelo quando todos os resistores estiverem submetidos à mesma diferença de potencial. Nesta aplicação as lâmpadas estão em PARALELO e as correntes são independentes. Assim, cada lâmpada exige a corrente que precisa para funcionar, e se uma delas queimar, a outra não é afetada, continuando acesa da mesma forma. Nas instalações elétricas encontramos dispositivos que são ligados em série como os fusíveis e os interruptores, e dispositivos que são ligados em paralelo como as lâmpadas, tomadas e outros que devem receber alimentação de modo independente.

Ligação em Série Um conjunto de resistores quaisquer é dito associado em série quando todos os resistores forem percorridos pela mesma corrente elétrica. Para que tenhamos uma associação em série, é necessário que os resistores sejam ligados um em seguida ao outro, ou seja, não pode haver nó entre os resistores. A figura abaixo ilustra uma associação em série de n resistores. Para determinarmos o resistor equivalente a uma associação em série de n resistores, devemos lembrar que a corrente elétrica é a mesma, tanto para o resistor equivalente quanto para os resistores associados, e que a ddp no resistor equivalente é a soma das ddps em cada resistor associado. • i é a mesma para todos os resistores • U = U 1 + U 2 + U 3 • RE = R 1 + R 2 + R 3

Ligação em Paralelo Um conjunto de resistores quaisquer é dito associado em paralelo quando todos os resistores estiverem submetidos à mesma diferença de potencial. Para que isso aconteça, todos os resistores devem ser ligados aos mesmos nós A e B, conforme a figura abaixo. Para determinarmos o resistor equivalente a uma associação de n resistores em paralelo, devemos nos lembrar de que todos os resistores estão submetidos à mesma ddp e que a corrente elétrica total da associação é a soma das correntes elétricas em cada resistor.

Ligação em Paralelo Casos Particulares: 1. No caso dos n resistores apresentarem a mesma resistência, ou seja, R 1 = R 2 =. . . = Rn = R, o resistor equivalente terá uma resistência dada por: 2. Se a associação é composta por apenas dois resistores R 1 e R 2 , o resistor equivalente é dado por:

Portanto, uma associação em paralelo apresenta as seguintes propriedades: 1. a ddp (voltagens) é a mesma para todos os resistores; 2. a corrente elétrica total da associação é a soma das correntes elétricas em cada resistor; 3. o inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas; 4. a corrente elétrica é inversamente proporcional à resistência elétrica, ou seja, na maior resistência passa a menor corrente elétrica; 5. a potência elétrica é inversamente proporcional à resistência elétrica, portanto, no maior resistor temos a menor dissipação de energia; 6. a potência total consumida é a soma das potências consumidas em cada resistor.

Associação Mista / Exemplo. Denominamos associação mista de resistores toda associação que pode ser reduzida à associação em série e em paralelo. Cálculo da Resistência Equivalente numa Associação Mista: As duas resistências restantes estão em série, logo a Resistência Equivalente do circuito será de: Assim, como 1/Req = 1/6, então Req = 6 Ω. Req = 1Ω + 6 Ω Req = 7 Ω

DESAFIO PARA O ALUNO: Associação Mista Calcule a Resistência Equivalente numa Associação Mista: Solução:

DESAFIO PARA O ALUNO: Associação Mista Calcule a Resistência Equivalente numa Associação Mista: Solução:

Apostila 1 / Módulo 5 - página 53 – Ex. : 02 02) Um ônibus elétrico percorre um trecho plano de uma rua, com velocidade constante, consumindo uma potência elétrica de 2400 k. W. Sua fonte alimentadora tem uma tensão de 2000 V. Calcule: a) A intensidade da corrente que alimenta esse ônibus. Sendo: 1 k. W = 1000 W b) a tensão na subestação, se a resistência interna da fiação que a une ao ônibus for de 0, 10 Ω. P = Uonibús. i Usubestação – Urede = Uônibus 2. 400. 000 = 2000. i i = 2. 400. 000 2000 i = 1200 A Usubestação – R. i = Uônibus Usubestação – 0, 1. 1200 = 2000 Usubestação = 2000 + 0, 1. 1200 Usubestação = 2000 + 120 Usubestação = 2120 V

Apostila 1 / Módulo 5 - página 53 – Ex. : 03 03) Um chuveiro elétrico, alimentado por uma tensão eficaz de 120 V, pode funcionar em dois modos: verão e inverno. Considere os seguintes dados da tabela: Solução: Da expressão da potência elétrica: A relação R i / R V corresponde a: a) 0, 5 b) 1, 0 c) 1, 5 d) 2, 0 Dados: PV = 1. 000 W; Pi = 2. 000 W; U = 120 V;

Apostila 1 / Módulo 5 - página 54 – Ex. : 06 06) Um disjuntor é um dispositivo eletromecânico destinado a proteger circuitos contra a sobrecarga e o superaquecimento. Pretende-se dimensionar um disjuntor para proteger um ambiente cuja rede elétrica fornece uma tensão de 120 V e possui uma lâmpada de 60 W, um ar condicionado de 1000 W e um computador de 140 W. Este ambiente ficará mais bem protegido, considerando-se a tolerância de 30%, com um disjuntor de: A) 30 A B) 22 A C) 20 A D) 13 A E) 10 A Solução: Tensão, (U) = 120 V Potência da lâmpada, (PL) = 60 W Potência do ar (Par) = 1000 W; Potência do computador (Pcom) = 140 W Tolerância (Imáx) = (100% + 30% ) = 1, 3. i

Apostila 1 / Módulo 5 - página 54 – Ex. : 08 08) Uma sala é iluminada por um circuito de lâmpadas incandescentes em paralelo. Considere os dados abaixo: q a corrente elétrica eficaz limite do fusível que protege esse circuito é igual a 10 A; q a tensão eficaz disponível é de 120 V; q sob essa tensão, cada lâmpada consome uma potência de 60 W. O número máximo de lâmpadas que podem ser mantidas acesas corresponde a: A) 10 B) 15 C) 20 D) 30 Solução: Analisando as informações… P = 60 W U = 120 V i = 10 A Aplicando na fórmula: P = U. i 60 = 120. i i = 0, 5 A Bom, agora nós sabemos que há 10 A para todo o circuito, e 0, 5 A para cada lâmpada. Quantas lâmpadas eu tenho? 10/0, 5 = 20 lâmpadas.

Apostila 1 – Módulo 5 RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS Apostila 1 – Módulo 5 / Página 52 à 53 >> Ex. : 01; 02; 03; 04; 06; 07 e 08 Apostila 1 – Módulo 5 / Página 53 à 56 >> Ex. : 01; 03; 04; 05; 06; 09; 10; 12; 14; 16; 21 e 22 Site: www. israelaveiro. com

RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS Apostila 1 – Módulo 5 / Página 52 à 53 >> Ex. : 01; 02; 03; 04; 06; 07 e 08 01) É a razão entre a diferença de potencial entre dois pontos de um condutor e a corrente que o atravessa é constante, que consiste na resistência do condutor: U = R. i 02) É o aquecimento produzido pela corrente elétrica ao atravessar uma resistência. Ex. : aquecimento de uma lâmpada incandescente acesa; ferro de passar roupa; resistência do chuveiro; etc. . 03) A perda de energia no efeito joule pode ser calculada mediante a potencia dissipada pela resistência. Há duas maneiras de se fazer isso: a) produto da resistência pelo quadrado da intensidade da corrente elétrica. b) diferença de potencial ao quadrado dividido pela resistência. 04) Ligação em Série e em Paralelo 05) Na ligação em série, a corrente que atravessa os elementos do circuito é a mesma, enquanto numa ligação em paralelo a diferença de potencial é que permanece constante. 06) É aquele no qual a relação entre a diferença de potencial e a intensidade de corrente elétrica permanece constante. O resistor não ôhmico é aquele no qual essa relação varia. 08) Prata, pois o fio que apresenta menor resistência é aquele que apresenta maior condutividade.

RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS Apostila 1 – Módulo 5 / Página 52 à 53 >> Ex. : 01; 02; 03; 04; 06; 07 e 08 07) Em um manual de um chuveiro elétrico são encontradas informações sobre algumas características técnicas, ilustradas no quadro, como a tensão de alimentação, a potência dissipada, o dimensionamento do disjuntor ou fusível, e a área da seção transversal dos condutores utilizados. Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo A e, ao ler o manual l, verificou que precisava ligá-lo a um disjuntor de 50 amperes. No entanto, intrigou-se com o fato de que o disjuntor a ser utilizado para uma correta instalação de um chuveiro do modelo B devia possuir amperagem 40% menor. Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência de 4400 W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, RA e RB, que justifica a diferença de dimensionamento dos disjuntores, é mais próxima de: Resolução RA = UA²/PA RB = UB²/PB RA/RB = (UA/UB)². (PA/PB) RA/RB = (127/220)². (4400/4400) DADOS: Tensão de alimentação: A = 127 v e B = 220 v RA/RB= 0, 33 Potência Dissipada: Varia de acordo com a temperatura. Ou Como a potência é a mesma entre os modelos, então: Dimensionamento do disjuntor. A = 50 A e B = 30 A. Seção do condutores: Área(A) = 10 mm² e Área(B) = 4 mm²

RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS Apostila 1 – Módulo 5 / Página 53 à 56 >> Ex. : 01; 03; 04; 05; 06; 09; 10; 12; 14; 16; 21 e 22 01) B 03) A 04) E 05) O Uso de Datashow em sala de aula é muito comum. As lâmpadas de filamento que são usadas nesses equipamentos têm potência elevada de, aproximadamente, 1100 W quando ligadas em 220 V. Se um Datashow for usado durante 1 hora e 40 minutos, que é o tempo de duração de uma aula com dois períodos, qual é a energia consumida em J?

RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS Apostila 1 – Módulo 5 / Página 53 à 56 >> Ex. : 01; 03; 04; 05; 06; 09; 10; 12; 14; 16; 21 e 22 06) D 09) C 10) E 12) C 14) C 16) C 21) 1, 5 22) A