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1 A electricidade com que convivemosno dia a
dia........................................................73
2 A compreenso de uma fora misteriosa ........74
3 Corrente elctrica e circuitos elctricos.............80
4 Tenso, intensidade da correntee resistncia
elctrica........................................86
5 manes, electromanes einduo
electromagntica..................................104
6 O mundo da comunicao, do controloe da regulao
...................................................114
7 Componentes e circuitos electrnicos:alguns
exemplos................................................120
Sntese das ideias
principais..............................130
Teste..................................................................132
Sistemas elctricos e electrnicos
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1 A electricidade com queconvivemos no dia a dia
A electricidade to antiga como o Universo. E por todo o lado
utilizada no dia a dia. Desde o relgio despertador que te
acorda
de manh, at ao walkman ou o rdio que te acompanha at
hora de dormir, tudo gira em torno da electricidade. J
pensaste
como seria viveres num local onde no pudesses dispor da
electricidade que te fornecida?
Conta-se que h mais de dois mil e quinhentos anos, asmulheres
gregas usavam vestidos de seda e colares deelektron. Esta era a
designao grega para o mbaramarelo com que ainda hoje se fazem
colares e outrasjias valiosas. Quando as mulheres gregas
semovimentavam, as contas do colar, de elektron,friccionavam-se no
vestido e adquiriam a propriedadeestranha de atrair corpos leves. A
explicaoprevalecente naquele tempo era a de que os colares
deelektron eram lgrimas das Heladas, filhas do Sol, e porisso
tinham esse poder sobrenatural Este fenmenotambm pode ser
facilmente observado friccionandouma esferogrfica de plstico num
pano de l ou flanelae aproximando-a de pequenos pedaos de
papel.
Dois mil anos depois, William Gilbert (1544-1603),mdico pessoal
da rainha Isabel I de Inglaterra,escreveu um livro sobre o
magnetismo e a electricidade.No acreditou na explicao miraculosa
dos antigosgregos e decidiu investigar a propriedade do
elektron:comeava assim a histria da electricidade. Estapalavra
provm precisamente da palavra gregaelektron
Normalmente, quando se fala em electricidade,pensa-se em
lmpadas, televises, computadores, etc.No entanto, a electricidade
responsvel por muitomais do que proporcionar luz,calor e
entretenimento. Elaencontra-se envolvida numaenorme variedade
defenmenos, desde o bater docorao at ao ouvir e ao pensar...
Colares de mbar, ou seja, colares deelektron
A raia elctrica emite descargaselctricas atravs da gua que
atordoamou matam as suas presas.
As clulas nervosas estabelecemcomunicao umas com as outrasatravs
de correntes elctricas
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2 A compreenso de uma foramisteriosa
A matria vulgar no manifesta propriedades elctricas. Se tal
sucedesse andvamos permanentemente a apanhar choques
elctricos! Um corpo que manifesta a propriedade elctrica diz- s
e
electricamente carregado. O procedimento mais fcil para que
um
corpo fique electricamente carregado friccion-lo. Ser que
esta
electrizao por frico possvel com todos os corpos? E todos
os corpos ficam carregados de igual modo? Que significa
d i zer que um corpo est carregado electricamente?
Experimenta friccionar uma esferogrfica plstica, ou umavareta em
vidro, numa camisola de l. Aproxima o objectoutilizado de
pequeninos pedaos de papel, antes e aps africo. Que concluis?
Friccionados muitos outros objectos com um pano de l,eles atraem
corpos leves. Uns atraem melhor, outrosatraem pior. Uns tm maior
quantidade de electricidade, eoutros menor quantidade de
electricidade. Os nossosantepassados aprenderam a medir a
quantidade deelectricidade (actualmente designada por
cargaelctrica), pelo efeito de uns corpos noutros, sem, noentanto,
saberem a que eram devidas as foras de atraco.
Todos j vimos relmpagos que ocorrem quando astrovoadas esto
relativamente perto de ns. Os relmpagostambm so manifestaes de
fenmenos elctricos. Umrelmpago uma enorme descarga elctrica que
ocorreentre as nuvens e a terra ou mesmo de umas nuvens paraoutras.
Os povos antigos encaravam as trovoadas como asvozes iradas dos
deuses, mas hoje temos uma explicaonatural ou cientfica para as
trovoadas. Pequenas descargaselctricas tambm podem ocorrer em
muitas outrassituaes. Por exemplo, quando se sai de carro, aps
umaviagem num dia seco de vero, pode apanhar-se umpequeno choque
elctrico, isto , pode sofrer-se o efeito deum pequeno relmpago
Por vezes, utiliza-se o termo electricidade esttica paranos
referirmos carga elctrica que um corpo isoladoacumula e que se
manifesta quando esse corpo postodepois em contacto ou em interaco
distncia com outroscorpos carregados ou neutros.
Umaesferogrfica,depois defriccionada, atrai pequenos pedaos
depapel!
Os relmpagos so cargas elcricas emmovimento rpido
(descargaselctricas) de nuvem para nuvem ou deuma nuvem para a
terra. extremamente perigoso brincar com umpapagaio em dia de
trovoada, pois ocordel pode facilitar uma descargaelctrica das
nuvens para a terraatravs do corpo de quem segura opapagaio.
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Experimenta
Detectar cargas elctricas
Objectivo
Observar interaces entre objectos carregados com omesmo tipo de
carga ou com cargas de tipo diferente.
Material necessrio
Panos bem secos (de l ou flanela).
Rguas e canetas de plstico.
Tubos, varetas ou frascos de vidro.
Outros corpos leves no metlicos (ex.: discos, carto,borrachas,
etc.).
Varetas de ebonite, se possvel.
Linha de costura ou fio leve e um suporte para suspenderos
objectos.
Procedimento
1 Monta um sistema como o da figura aolado.
2 Coloca diversos objectos no suporte,aps terem sido
friccionados nospanos ou noutros objectos. Aproxima doobjecto
suspenso no suporte um outrocorpo igualmente friccionado.
2 Preenche a tabela com registosadequados, como est
exemplificado paraduas situaes.
Discusso1 Que tipos de interaco observaste entre
os diferentes objectos?
2 Quantos tipos de carga elctrica devemexistir? Fundamenta a
resposta.
75
A figura mostra um pndulo que pode ser electrizado porcontacto.
Uma vez electrizado, o pndulo passa a funcionar comoelectroscpio,
isto , como detector de tipo de carga elctrica.No caso da figura,
as duas varetas A e B possuem cargas domesmo tipo ou de tipos
diferentes? Fundamenta a resposta.
A B
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A origem da cargaelctrica nos corposSabemos hoje que todos os
tomos possuempartculas com carga elctrica:
protes (com carga elctrica positiva), noncleo;
electres (com carga elctrica negativa),em volta do ncleo.
A carga de um electro exactamentesimtrica da carga de um proto.
Isto , tem omesmo valor absoluto e apenas difere no sinal. Porrazes
histricas, a carga do electro consideradanegativa pelo que a carga
do proto resultaobviamente positiva. Trata-se de uma meraconveno
(ou seja, um acordo entre os cientistas).Os tomos possuem tambm
partculas sem cargaelctrica, os neutres (que fazem parte do
ncleo).
Sabemos hoje que a electricidade apropriedade que os corpos
revelam por possuremmais electres do que protes, ou mais protesdo
que electres. As cargas elctricas j existem namatria, e, por isso,
a electricidade to antiga comoo mundo E pensa-se, mesmo, que o
aparecimentodas primeiras formas de vida estiveram ligadas a
fortesdescargas elctricas.
A carga elctrica de um corpo (designadaantigamente por
quantidade de electricidade) tantomais positiva quanto menor for o
nmero de electresem relao ao nmero de protes. E tanto maisnegativa
quanto maior for o nmero de electres emrelao ao nmero de
protes.
Quando se friccionam dois objectos, transferem-seelectres dos
tomos de um dos objectos para ostomos do outro objecto. Mas a carga
que sai de um exactamente igual carga que o outro recebe. No
h,pois, nem perda nem criao de carga elctrica. Diz-seque a carga
elctrica se conserva.
Interaco entre corposelectrizadosQuando um corpo electrizado se
aproxima de outrocorpo electrizado, duas situaes podem ocorrer:
os corpos repelem-se, se tiverem cargas domesmo sinal.
os corpos atraem-se, se tiverem cargas de sinaldiferente.
A origem da electricidadeencontra-se na estrutura
da matria. A matria constituda por tomos.Cada
tomo,electricamente neutro,contm cargasnegativas a girar emtorno do
ncleo,constitudo por cargas
positivas. O excesso ou afalta de electres num
corpo faz com que essecorpo fique electrizado
O instrumento da figura um electroscpio defolhas (observem-se
asfolhas de ouropenduradas da haste).Quando est carregado,quer com
carga positivaquer com carga negativa,as folhas afastam-se umada
outra.
Duas pequenasesferas leves esuspensaspodem afastar-se ou
atrair-se,consoantetenham cargado mesmo sinalou cargas desinal
dferente.
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Duas pequenas esferas carregadas, naproximidade uma da outra,
repelem-semutuamente. Explica-se esta repulsodizendo que o campo
criado por umadas esferas carregadas actua na outraesfera, e
vice-versa. Na foto,equipamento experimental para medir afora de
interaco entre duas esferascarregadas.
Unidade SI de carga elctricaA unidade SI de carga elctrica
designada por coulomb(C). Um coulomb bastante superior s cargas dos
corposcom que vulgarmente trabalhamos. Para um corpo ter acarga 1
C, ter de perder um nmero de electresverdadeiramente astronmico:
6,25 1018 electres (625seguido de dezasseis zeros!). Pelo contrrio,
para um corpoter a carga 1 C, ter de ter um excesso de 6,25
1018
electres sobre o nmero de protes.
Campo elctricoHoje temos muitas provas experimentais de que
qualquercorpo electricamente carregado cria sua volta o que
sedesigna por um campo de foras elctricas ou,simplesmente, campo
elctrico. O campo elctrico criadopor um corpo em cada ponto sua
volta tanto maisintenso (mais forte) quanto maior for a carga do
corpo. Ocampo elctrico vai enfraquecendo com o aumento dadistncia
carga at se tornar to pouco intenso que sepode considerar nulo.
Projectos
Usos da electricidade estticaUma das utilizaes da electricidade
esttica nas cabinas de pintura de fbricasde automveis. As gotas de
tinta so electrizadas negativamente e a superfcie apintar
positivamente. As gotas de tinta, por terem cargas do mesmo
sinal,repelem-se umas s outras, mas so atradas para a superfcie
metlica do carrocarregada positivamente. H uma economia de tinta
(evitam-se espalhamentospara reas que no interessa pintar) e a
tinta fica melhor espalhada.
Outra utilizao da electricidade esttica nas fotocopiadoras.
Nestasmquinas, h uma chapa metlica electrizada positivamente sobre
a qual colocado o original a ser copiado. Nessa chapa, as
zonascorrespondentes parte branca do original ficam neutras
(nessespontos, a carga escoada para a Terra) e as
zonascorrespondentes parte escura do papel mantm a sua
cargapositiva. Deste modo, cria-se na chapa uma rplica do que estno
papel original. As zonas positivas desta rplica atraem um pnegro e
fino (toner) carregado negativamente, quando este entraem contacto
com essa chapa. A rplica com toner transferidapara uma folha em
papel branco e d-se a sua aderncia a estapor aquecimento.
Sugere-se que os alunos investiguem estas e/ou outras aplicaes
daelectricidade esttica. Algumas pginas da Internet com
informaointeressante sobre este assunto:
http://wikibooks.org/wiki/Uses_of_static_electricity(GCSE_science)
http://electronics.howstuffworks.com/photocopier.htm
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Apesar dos fenmenos elctricos serem conhecidos desde h mais
dedois mil e quinhentos anos, o seu estudo sistemtico s se iniciou
comWilliam Gilbert (1544-1603), um dos precursores da fsica, que
foimdico da rainha Isabel I de Inglaterra. Utilizando um grande
nmerode corpos diferentes, Gilbert pde concluir que muitos deles
secomportavam como os pedaos de mbar, quando friccionados.Era o
caso de corpos de vidro, de enxofre, de resina, de goma-laca,das
pedras preciosas, de muitos cristais, etc. E os corpos levesatrados
tambm eram variados: pedaos de madeira, limalha demetais, fibras
vegetais, terra, areia, gotas de gua, etc.
Gilbert organizou uma lista de materiais que no
conseguiuelectrizar por frico: metais, madeiras duras, mrmore,
marfim,ossos, etc. No fim da sua vida, em grande parte consagrada
investigao das propriedades elctrica e magntica, Gilbert
tinhadesenvolvido muitas ideias, umas certas, outras erradas, e
tinha,principalmente, muitas dvidas. Tem sido sempre assim na
histria daCincia, pois esta, por cada resposta que proporciona,
cria muitasquestes, ao colocar novos problemas para resolver.
Um ano antes da morte de Gilbert, nascia na Alemanha o homemque
seria um digno continuador da sua obra: Otto von
Guericke(1602-1686). Guericke colocou a hiptese de que as foras
quemantm os planetas a mover-se em torno do Sol so foraselctricas.
Os seus estudos no confirmaram esta hiptese, masconduziram-no
construo da primeira mquina electrosttica, umamquina feita com uma
esfera de enxofre capaz de carregar corposelectricamente. Entre as
descobertas de Guericke, reala-se uma pelasua importncia: a
electrizao por contacto. De facto, verificou quepenas de aves, em
contacto com uma esfera electrizada, ficavamelectrizadas. E mais:
imediatamente aps o contacto, as penas eramfortemente repelidas.
Mas, logo que tocava nas penas, elas perdiam asua electrizao,
passando novamente a ser atradas pela esfera deenxofre carregada.
Concluiu que os corpos electrizados perdem o seuestado elctrico
sempre que se toca neles com a mo.
No meio sculo que se seguiu s descobertas de Guericke,publicadas
em 1672, os progressos no conhecimento sobre aelectricidade foram
muito poucos. Mas, em 1729, em Londres,Stephen Gray (1666-1736)
descobriu que a electricidadese pode transmitir distncia em fios
metlicos e emcordas humedecidas e identificou materiais que
conduziame que no conduziam a electricidade.
Quatro anos mais tarde, o francs Dufay (1698-1739)introduziu
pela primeira vez os termos condutor e nocondutor da electricidade.
Verificou que era capaz decarregar electricamente os bons
condutores (como osmetais) por frico desde que os isolasse e
afirmou,arrojadamente, que a electricidade uma propriedadeinerente
a toda a matria e desempenha um papel
Leitura
Breve histria da electricidade esttica
Guericke e a sua mquina electrosttica
Tales de Mileto, um dosfundadores da filosofia grega(filsofo
significa, letra,amigo do conhecimento),especulava que a origem
daatraco do mbar seria aexistncia de partculasminsculas que
provocariamuma fora elctrica Osinteresses de Tales iam desdea
geometria at astronomia.Por exemplo, ficou famosopor prever o
eclipse do Solque ocorreu em 28 de Maio de585 aC.
William Gilbert(1544-1603)
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Questes
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fundamental no Universo. Esta ideia ainda hoje se mantm vlida.
aDufay que ficamos a dever a teoria dos dois fluidos
elctricossegundo a qual a electricidade propagada distncia por meio
dedois fluidos, um que propaga num dado sentido a
electricidadevtrea (do tipo da electricidade do vidro friccionado
com l) oupositiva, e outro que propaga em sentido contrrio
aelectricidade resinosa (do tipo da electricidade da
resinafriccionada com l) ou negativa.
Em 1747, o americano Benjamin Franklin (1706-1790)
realizouestudos notveis: explicou os raios que caem na terra
duranteas trovoadas e que tantos estragos fazem, testando a ideia
deque so correntes elctricas fortes e ultra-rpidas
(descargaselctricas) que ocorrem entre as nuvens e a terra;
descobriu que aelectricidade se escoa dos corpos para a atmosfera
maisfacilmente pelas pontas desses corposo chamado poder daspontas;
e inventou, com base neste poder das pontas, o pra-raios(em 1752).
Para alm disso, enunciou o princpio da conservaoda electricidade e
props a teoria de um fluido elctriconico. A ideia de Franklin de um
s fluido no se imps logo, atporque vrios estudos mostravam que os
termos electricidade vtreae electricidade resinosa eram enganadores
porque nem o vidro nema resina adquirem sempre uma electricidade da
mesma natureza(dependia do material friccionante).
O francs Charles de Coulomb (1736-1806) consideravaexistirem
duas electricidades, dois tipos de fluidos materiaiscujas partculas
se atraam ou repeliam. Foi o primeiro a estudarquantitativamente as
atraces e repulses elctricas. Em 1785concluiu que a fora repulsiva
(entre cargas do mesmo tipo) ouatractiva (entre cargas de tipo
diferente) era directamenteproporcional ao produto dos valores que
quantificam essascargas e inversamente proporcional ao quadrado da
distnciaentre elas.
Apenas em 1800 o italiano Alexandro Volta construiu a
primeirapilha elctrica, que permitia obter correntes elctricas de
modocontinuado. Comeava um novo captulo na histria da electricidade
eda histria da Humanidade.
1 Encheram-se dois bales de borracha. Emseguida fizeram-se duas
cruzes nos dois balese friccionaram-se fortemente com panos de las
zonas dos bales onde esto as cruzes.Depois aproximaram-se essas
zonas uma daoutra.
1.1 O que prevs que tenha sucedido?
1.2 Como explicas o que sucedeu?
2 Voltou-se a friccionar um dos balesfortemente na zona da cruz
e aproximou-se umdedo da mo, bem seco, dessa zona do balo.Notou-se
um pequeno estampido.
2.1 Caso esta experincia fosse feita numa salaescura, o que
poderias ver?
2.2 Explica a origem do pequeno estampido.
Gravura alusiva sexperincias de Franklincom o pra-raios,
em1752.
A electricidade esttica estevena moda nos sales nobresno sculo
XVIII. Os seus usosforam muito diversificados
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Em 1746, o padre Nollet, de Paris,estudioso da
electricidade,verificou que esta se movia muitodepressa... Colocou
200 frades emfila, ligados entre si. Fez incidiruma descarga
elctrica no primeirofrade e verificou que todos osoutros saltaram e
comearam apraguejar simultaneamente,devido passagem da
correnteelctrica! O padreNollet refere estaexperincia noseu livro
Lettressur Llectricit,1753 (Cartassobre aElectricidade).
Corrente elctrica temporria epermanente. Pilhas
elctricasQualquer objecto electricamente carregado
descarrega-sequando o colocamos em contacto com a terra por meio de
umcondutor elctrico. Os electres movem-se facilmenteatravs dos
condutores, constituindo o que se chama umacorrente elctrica. Numa
descarga elctrica para a terra, acorrente pode ser:
da terra para o objecto carregado, se este estiverpositivo (tem
falta de electres);
do objecto carregado para a terra, se o objecto estivernegativo
(tem excesso de electres).
Na descarga, a corrente elctrica praticamenteinstantnea, como no
caso do choque elctrico que se sentepor vezes ao sair de um
automvel, num dia seco e quente. Acarga elctrica da carroaria
metlica (originada pela fricocom o ar) descarregada atravs do nosso
corpo, quandotocamos no cho.
Vimos que as correntes elctricas temporrias existemdesde sempre:
o caso, por exemplo das trovoadas. Porm,a manuteno das cargas
elctricas em movimento, ou seja aproduo de correntes elctricas
permanentes, s foiconseguida h pouco mais de 200 anos pelo fsico
italianoAlexandro Volta (1745-1827), ao inventar a primeira
pilhaelctrica. A corrente obtida com uma pilha (ou com outrogerador
elctrico) mantm-se durante muito mais tempo doque numa descarga
elctrica e tem sempre o mesmo sentido., por isso, uma corrente
contnua (DC, de direct current).
Quando se liga uma pilha ou qualquer outro gerador a umcircuito
exterior, so estabelecidos campos eltricos no circuitoexterior e
dentro do prprio gerador. Isto faz com que o
3 Corrente elctrica e circuitos elctricos
Se a interaco entre corpos electrizados (electricidade
esttica)
j conhecida h muitas centenas de anos, o estudo das cargas
em movimento atravs dos circuitos elctricos (electrodinmica)
mais recente: iniciouse h cerca de 200 anos, com a inveno
da primeira pilha elctrica.
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A corrente elctrica percorre todos os componentes docircuito:
gerador, fios, lmpada e interruptor A correntegerada por uma pilha
uma corrente contnua (temsempre o mesmo sentido).
movimento de cargas no ocorra apenasno circuito exterior mas
tambm dentrodo gerador. Caso contrrio, no teramoscorrente, pois o
gerador deixava de o serpara passar a ser um
interruptor(interrompia a corrente que ele prpriopretendia
criar!).
Qualquer pilha elctrica possui umcircuito interior formado por
condutores emcontacto:
dois elctrodos metlicos, a que seliga o circuito exterior;
o electrlito (em geral uma soluo)embebendo os elctrodos, e
quecontm ies (tomos ou grupos detomos que, tendo perdido ourecebido
electres, so portadores decarga elctrica).
A produo de corrente estrelacionada com reaces qumicas que sedo
entre os elctrodos e o electrlito.Nessas reaces, h partculas que
cedemcarga a outras partculas. O resultado final um fluxo de cargas
no interior e noexterior do gerador, quando este includo num
circuito fechado. Noelectrlito, so ies as partculas quetransportam
a carga elctrica; nos
elctrodos e nos fios,so electres quetransportam a carga.
Numa pilha elctricatransfere-se energia dasreaces qumicas para
acorrente ao longo do circuito.A pilha elctrica, um
geradorelectroqumico de corrente,foi inventada no princpio dosculo
XIX pelo italianoAlessandro Volta. Este fsicodescobriu que entre
doispedaos de metal (cobre ezinco), separados por papelembebido em
gua salgada,se estabelecia uma tensoelctrica. Ligando os doismetais
atravs de umcondutor, verificou quepassava corrente.
O termo "pilha" vem do factode Volta ter empilhado vrios
elementosconstitudos, cada um, por uma pequena chapa decobre
separada de uma chapa de zinco por umafolha embebida em gua salgada
(figura ao lado).
Abrindo uma pilha, verificas que h sempredois slidos condutores,
os elctrodos (grafitee zinco, nas pilhas vulgares, ou
outrosmateriais nas pilhasde maior durao),separados por umamistura
que temembebida umasoluo condutora.
carvo(grafite)
zinco
Uma forma simples deproduzir corrente: duasmoedas diferentes e
umlimo
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Modelo sub-microscpico da corrente elctrica
Nos metais, como o cobre,o ferro, o alumnio ou osdio, os
electres maisafastados do ncleo,chamados electres deconduo,
estofracamente ligados aostomos e podem mover-sedesordenadamente,
emtodas as direces, detomo para tomo.
Os electres de conduo so arrastados para oplo positivo do
gerador, pelas fora do campoelctrico no fio, originando uma
corrente elctrica.
O campo elctrico nos fios particularmente intenso e
propaga-semuito rapidamente (a uma velocidade de cerca de 200 000
quilmetrospor segundo!). Nota que o facto de o campo elctrico se
propagar torapidamente no fio no significa que os electres de
conduo progridammuito depressa ao longo dos fios. Bem pelo
contrrio, devido s colisescom os tomos, os electres de conduo
progridem no fiorelativamente devagar (alguns milmetros por
segundo, numa correntecontnua).
Cuidados com a corrente elctricaO corpo humano um bom condutor
da corrente elctrica,principalmente quando est molhado. Uma
corrente elctricasuficientemente intensa atravs do corpo pode
provocar a morte.
As regras seguintes devem ser sempre respeitadas quando seusam
aparelhos elctricos:
1 As superfcies metlicas de contacto dos elementos doscircuitos
(pontas dos fios e terminais dos aparelhos) devemestar limpas e
secas, e devem ser bem ligadas de modoa no poderem ser tocadas com
as mos.
2 No se deve utilizar um aparelho com as mos hmidasou perto de
gua.
3 Quando se liga uma ficha, o aparelho deve estardesligado.
4 Sempre que possvel, devem-se usar tomadas com ligao Terra
(porque canalizam para a Terra qualquer excesso decorrente).
5 Os fios condutores devem estar devidamente isolados e teruma
espessura adequada, no devendo estar partidospor dentro.
6 Nunca se devem ligar muitos aparelhos mesma tomadade
corrente.
7 Em caso algum se deve tocar nos fios descarnados, emquaisquer
corpos metlicos ou em outros que tambmsejam condutores e estejam
intercalados no circuito.
Nunca se deve utilizar umaparelho elctrico com moshmidas ou
prximo de gua.Porqu?
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+
lmpada
interruptor (aberto)
gerador (pilha)
Como representar umcircuito elctrico?Um circuito elctrico uma
sequncia decondutores por onde circula uma correnteelctrica. Os
circuitos podem serrepresentados por esquemas elctricos.
A figura ao lado mostra um circuito comuma pilha, uma lmpada e
um interruptor. Apilha o gerador de corrente para o circuito(outros
exemplos de geradores so as bateriasde automvel e os dnamos de
bicicletas) e almpada o receptor (outros exemplos dereceptores so
os motores elctricos e oscircuitos electrnicos).
Diz-se que um circuito est:
aberto, se o interruptor estiverdesligado;
fechado, se o interruptor estiverligado.
O esquema de um circuito elctrico no um desenho realista do
circuito. Alm de sermais difcil fazer um desenho do que umesquema,
um desenho pode no dar uma ideiaclara do modo como esto ligados
oscomponentes do circuito.
Cada tipo de componente de um circuito representado por um
smbolo prprio. Naprxima seco, podem ver-se fotos de algunstipos de
componentes de circuitos elctricos erespectivos smbolos. Os smbolos
queutilizamos so os recomendados pela ComissoElectrotcnica
Internacional (CEI) e esto deacordo com as normas portuguesas.
Um circuito elctrico com uma pilha, umalmpada, um interruptor e
fios e o respectivoesquema elctrico.
Nas experincias escolares, os perigos de utilizao da corrente
elctrica so muito baixos, porqueos aparelhos didcticos garantem uma
boa segurana e as correntes so pouco intensas. Mas o riscode
danificao dos aparelhos elevado. H, pois, que respeitar as normas
indicadas pelosprofessores. Por exemplo:
1 Qualquer montagem deve ser feita com base num esquema elctrico
prvio, para servir deorientao e incluir, pelo menos, um interruptor
inicialmente desligado.
2 S se deve dar incio passagem da corrente no circuito, fechando
o interruptor, quando se tema certeza de que as ligaes esto de
acordo com o esquema e de que as grandezas amedir esto dentro do
alcance dos aparelhos de medida.
3 Nos aparelhos com vrias escalas, devem utilizar-se as escalas
de maior alcance e sdepois ir reduzindo os alcances das escalas
adequando-as aos valores entretanto medidos.
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Os efeitos magntico e qumico da corrente elctrica contnua
sugeremque a corrente tem um sentido. De facto, invertendo as
ligaes nogerador, inverte-se o sentido da corrente e, em resultado
disso, mudade sentido o desvio da agulha magntica e mudam de
elctrodo osprodutos que se formam quando a corrente passa numa
soluo.
Efeitos da corrente elctricaQuando a corrente elctrica passa num
fio ou numa soluo condutorapodemos observar diversos efeitos:
N
NO
O
SO
S
SE
E
NE
+0
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
Efeito trmico dacorrente (ou efeito
Joule)
Um condutor percorrido por umacorrente elctrica sofre um
aumento de temperatura (podeser difcil detectar este
aquecimento, se a intensidadeda corrente for pequena). O
efeito
trmico tambm conhecido porefeito Joule, em homenagem aofsico
ingls James Joule que, no
sculo XIX, o estudou pelaprimeira vez.
Efeito magntico dacorrente
A passagem da corrente elctricacontnua num fio provoca
oaparecimento de um campomagntico na proximidade do fio quepode ser
detectado pelo desvio deuma agulha magntica. Seinvertermos o
sentido da corrente, aagulha magntica desvia-se emsentido
contrrio.
Efeito qumico da corrente
A corrente elctrica contnua pode provocarreaces qumicas, isto ,
a formao de novassubstncias, quando passa atravs de
soluescondutoras. Por exemplo, fazendo passarcorrente numa soluo
condutora de cloreto decobre, observa-se o aparecimento de
novassubstncias (cobre e cloro) nos elctrodos. Parteda energia que
estava associada correnteelctrica (energia elctrica) vai surgir na
forma deenergia qumica. Tal processo o oposto do queacontece nas
pilhas elctricas. Numa pilha,ocorrem reaces qumicas que do origem
corrente elctrica. Se invertermos as ligaes nogerador, o cobre
passa a depositar-se na outrabarra condutora. O mesmo ocorre com o
gscloro, que passa a libertar-se na outra barracondutora ou
elctrodo.
11 Sistemas electricos 4/14/04 9:29 PM Pgina 84
-
Sentido real ou electrnico esentido convencional da correnteA
corrente obtida numa pilha tem sempre o mesmo sentido:os electres
de conduo seguem,nos fios, do plo negativo para oplo positivo. O
sentido do movimentodos electres sentido electrnico dacorrente
tambm designado porsentido real da corrente elctrica.
No sculo XIX, ainda no se tinhauma ideia clara sobre a
correnteelctrica: no se sabia que era um fluxode electres e
pensava-se que era algode semelhante a um "fluido" (um gs ouum
lquido so fluidos, porque fluem,escorrem). Convencionou-se ento
queesse fluido elctrico passava do plopositivo para o plo negativo
sentidoconvencional da corrente. O sentido convencional aindahoje
muito utilizado em engenharia e em Fsica, se bem que nocorresponda
de facto ao sentido do movimento dos electres.
85
A corrente elctrica e asmanifestaes de energiaOs efeitos da
corrente elctrica acabados de estudar, maisno so do que manifestaes
de uma forma de energiaque se designa vulgarmente por energia
elctrica. Esta,como qualquer outra forma de energia, no criada
donada. fornecida ao circuito pelo gerador, a partir de
outrasformas de energia. Mas muitas vezes no vemos essaenergia
elctrica, pois no vemos quaisquer efeitos dacorrente. Porqu?
Porque simplesmente no h corrente elctrica (o circuitoest
aberto). S com o circuito fechado o campo elctricono circuito
arrrasta as cargas elctricas ao longo docircuito, tal como vimos.
Havendo arrastamento das cargaselctricas pelas foras do campo
elctrico, h trabalhorealizado sobre essas cargas. E pelo facto de
serrealizado este trabalho que h energia elctrica transformadaem
outras formas nosdiversos componentesdo circuito. A
energiatransformada em cadaparte do circuitodepende deste
trabalhodas foras do campoelctrico sobre as cargaselctricas.
A emisso de luz e omovimento de um comboioelctrico so
manifestaesda energia da correnteelctrica.
11 Sistemas electricos 4/14/04 11:00 PM Pgina 85
-
86
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
4 Tenso, intensidade dacorrente e resistncia elctrica
Leitura de aparelhos e algarismos significativos
1 Quando se faz a leitura num aparelho de medida, l-se sempre
umvalor aproximado, que depende das divises da escala
doaparelho.
2 Chamam-se algarismos significativos aos algarismos que
fazsentido considerar no resultado da leitura.
3 Por exemplo, no voltmetro ao lado, de alcance 5 V, cada
divisogrande (isto , o conjunto de 10 divises pequenas) vale 1
V.
4 A menor diviso (ou diviso propriamente dita) vale 0,1 V(1
V/10).
5 Neste voltmetro s se pode ler com exactido de 0,1 V em 0,1
V.Por aproximao, pode ler-se metade deste valor: 0,05 V.
6 Os algarismos significativos numa medio so os que se lemcom
exactido e o primeiro que se l por aproximao. Voltmetro com um
alcance
mximo de 5 V = 5 000 mV.
Tenso elctricaAo longo de um circuito elctrico percorrido por
uma corrente, a energiadas cargas elctricas vai-se transformando em
outras formas deenergia nos diversos componentes do circuito. A
tenso elctrica entredois pontos do circuito mede a energia que
transformada, porunidade de carga, entre esses pontos do
circuito.
A tenso elctrica (grandeza que tambm designada pordiferena de
potencial elctrico) representa-se pelo smbolo U (algunslivros usam
V, mas U o smbolo recomendado internacionalmente).Mede-se com
aparelhos designados por voltmetros.
A unidade de tenso elctrica o volt, cujo smbolo V.
Utiliza-setambm o milivolt (mV), que a milsima parte do volt.
1 V = 1000 mV
1 mV = 0,001 V = 1000
milivoltvolt
voltmilivolt
1V
A energia elctrica que transformada em outras formas de
energia num troo de circuito depende da chamada tenso
elctrica nos extremos desse troo. A tenso a grandeza que
determina a maior ou menor rapidez com que as cargas
elctricas
so arrastadas. A intensidade da corrente depende desta
rapidez
de arrastamento. Por sua vez, a rapidez de arrastamento
tanto
menor quanto maior for a resistncia dos condutores.
11 Sistemas electricos 4/14/04 9:31 PM Pgina 86
-
87
Como ligar lmpadas num circuito?Que materiais so bons
condutoresde corrente elctrica?
Objectivos
Construir circuitos simples.
Identificar materiais bons e maus condutores da corrente
elctrica.
Material necessrio
1 pilha de 4,5 V
2 lmpadas e respectivos suportes
1 interruptor
fios de ligao soltos e com bananas
diversos materiais para teste decondutibilidade (exemplos:
cortia, papel,chapas metlicas, couro, vidro, etc.)
O que se faz
1 Montar um circuito com uma lmpada, norespectivo suporte.
2 Retirar a lmpada do respectivo suporte einvestigar como
acender a lmpadautilizando fios soltos, ligando-adirectamente pilha
(ver figura ao lado).
3 Construir um circuito com duas lmpadas, nos
respectivossuportes.
4 Descobrir, por tentativas, um outro processo que h para ligar
asduas lmpadas no circuito.
5 Construir um circuito que permita testar a
condutibilidadeelctrica de um objecto.
6 Verificar se os materiais de que so feitos diversos
objectosconduzem ou no a corrente elctrica. Organizar um quadro com
asobservaes.
Experimenta
Como ligar a lmpada(fora do suporterespectivo) pilha demodo a
acend-la...?
11 Sistemas electricos 4/14/04 11:16 PM Pgina 87
-
88
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Medio da tenso elctrica em associaes delmpadas em srie e em
paralelo
Experimenta
4 Que relao h entre a tenso nos extremos daassociao em srie das
duas lmpadas e as tensesnas extremidades de cada lmpada?
Esquematiza ocircuito e escreve os respectivos valores.
As ideias A tenso elctrica entre dois pontos quaisquer de um
circuito
elctrico pode ser medida com um voltmetro.
O voltmetro ligado em paralelo aos dois pontos entre os quaisse
pretende medir a tenso elctrica.
Materialnecessrio
voltmetro
pilha
fios de ligao
2 lmpadas iguais
1 interruptor1. experincia (lmpadas em srie)
1 Montar um circuito como o da figura para medira tenso elctrica
nos extremos de uma lmpada.
2 Medir a tenso entre os extremos da outra lmpada.Registar os
respectivos valores.
3 Medir a tenso entre os extremos da associao em srie dasduas
lmpadas. Registar o respectivo valor.
O voltmetro ligadoem paralelo lmpada.
O voltmetro ligadoaos extremos das duaslmpadas.
11 Sistemas electricos 4/14/04 11:13 PM Pgina 88
-
89
V
V
V
U = ?
U = ?
U = ?+
2. experincia (lmpadas em paralelo)
1 Montar um circuito como o da figura para medir a tensoelctrica
nos extremos de uma lmpada.
2 Medir a tenso entre os extremos da outra lmpada.Registar os
respectivos valores.
3 Medir a tenso entre os extremos da associao emparalelo das
duas lmpadas. Registar o respectivo valor.
4 Que relao h entre a tenso nos extremos da associaoem paralelo
das duas lmpadas e as tenses nasextremidades de cada uma das
lmpadas? Completa oesquema do circuito (ao lado) escrevendo os
valores lidosnos voltmetros.
11 Sistemas electricos 4/14/04 11:13 PM Pgina 89
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90
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Questes
1 Converter:
1.1 2,5 V em milivolts.
1.2 250 mV em volts.
1.3 4,8 mV em volts.
1.4 0,5 V em milivolts.
1.5 0,25 V em milivolts.
2 Observa a fotografia do voltmetro ao lado.
2.1 Qual o alcance mximo do voltmetro?
2.2 Como se deve proceder para efectuar uma medio comum alcance
de 15 V?
2.3 Em que posio deve estar o ponteiro para marcar 1,5 Vquando o
alcance for de 3 V?
3 Estabelece as ligaes de tal modo que:
+
V
0
1
2
3
4
5
+
V
0
1
2
3
4
5
3.2 duas das trs lmpadas fiquem emparalelo e a terceira em srie
e que ovoltmetro mea a tenso naassociao das lmpada em paralelo.
3.1 as trs lmpadas fiquem em srie eque o voltmetro mea a tenso
nalmpada do meio.
4 O Segway Human Transporter (HT) pretende ser um veculo
revolucionriopara o transporte nas cidades. Usa como fonte de
alimentao duas bateriascom um total de 72 V.Num certo percurso, o
HT funcionou com uma potncia de 700 watts(700 W), ou seja, recebeu
700 J da fonte de tenso em cada segundo.
4.1 Qual a energia que o HT recebeu em 10 s?
4.2 Verifica que a energia que o HT recebeu em 1 min 42 000
J.
4.3 A tenso elctrica, em volts, indica a energia, em joules, que
transformada por cada coulomb de carga que circula no circuito.
Verificaque a carga elctrica que circulou no sistema elctrico do HT
durante1 min foi 583 coulombs.
http://www.segway.com
11 Sistemas electricos 4/14/04 9:33 PM Pgina 90
-
91
Gerador (pilha)
Lmpada
Voltmetro
Tomada de corrente de 220 V
Fios de ligao
Resistor (ou resistncia)
Ampermetro
Campainha
Gerador (caixa de alimentao)
Interruptor
Motor elctrico
Restato
+
G
AV M
220 V
Componentes mais vulgares dos circuitos delaboratrio e
respectivos smbolos
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:52 PM Pgina 91
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
A10 2 3 4
5
0
0.2 0.4 0.60.8
1.0
Intensidade da corrente elctricaUma corrente elctrica num fio
pode ser pouco intensa ou muitointensa. Quando o campo elctrico,
criado pelo gerador, maisintenso, os electres de conduo so
arrastados maisrapidamente. O nmero desses electres que passam em
qualquerseco do fio condutor, por unidade de tempo, maior. E, por
isso,a corrente elctrica mais intensa (nota que no h
maiselectresmais cargaa circular os electres de conduoprogridem
mais depressa!).
A intensidade da corrente elctrica mede a carga elctricaque
passa em cada seco por unidade de tempo. Representa-sepelo smbolo I
e mede-se com aparelhos chamadosampermetros.
A unidade SI de intensidade da corrente elctrica o ampere,cujo
smbolo A. Um submltiplo muito utilizado o miliampere,a milsima
parte do ampere.
+
1 A = 1000 mA
1 mA = 0,001 A = 1000
miliampereampere
amperemiliampere
1A
Exemplificando
Como converter em miliamperes uma medida emamperes
Como converter em amperes uma medida emmiliamperes
Para medir a intensidade da correntenum circuito que tem todos
os seuselementos ligados em srie, bastaintroduzir um ampermetro em
srie emqualquer ponto do circuito.
Ampermetro com um alcancemximo de 0,1 A = 100 mA.
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:53 PM Pgina 92
-
93
1 230
A1 2
30
A
Exemplificando
Se o alcance for 3 A
cada diviso maior da escala vale1 A e a menor diviso vale 0,1
A.
O valor marcado
1 A + 2,5 0,1 A =
= 1,25 A = 1250 mA
Como medir valores num ampermetro?
necessrio conhecer o alcance ou valor mximo da escala e
1 Calcular quanto vale cada diviso da escala, tendo em conta o
alcance.
2 Calcular quanto vale a menor diviso, tendo em conta o nmero de
divises.
Se o alcance for 30 mA
cada diviso maior da escala vale10 mA e a menor diviso vale 1
mA.
O valor marcado
10 mA + 2,5 1 mA =
= 12,5 mA = 0,0125 A
Se o alcance for 300 mA
cada diviso maior da escala vale100 mA e a menor diviso vale 10
mA.
O valor marcado
200 mA = 0,200 A
Se o alcance for 60 mA
cada diviso maior da escala vale20 mA e a menor diviso vale 2
mA.
O valor marcado
3,5 2 mA =
= 7 mA = 0,007 A
Utilizando estes doisterminais, o alcance 5 A Equanto vale cada
diviso?
Utilizando estes doisterminais, o alcance 1 A Equanto vale cada
diviso?
A que terminais se deve ligareste ampermetro para que oalcance
seja 0,5 A?
Se o alcance for 1,5 A
cada diviso maior da escala vale0,5 A e a menor diviso vale 0,05
A.
O valor marcado
0,5 0,05 A =
= 0,025 A = 25 mA
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:53 PM Pgina 93
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Corrente em circuitos em srie e emparalelo
As ideias principais Um ampermetro monta-se sempre em srie.
Na ligao em srie, toda a corrente percorre o mesmo caminho.Na
ligao em paralelo, a corrente reparte-se por vrioscaminhos (os
ramos da ligao).
Material necessrio 1 pilha
2 lmpadas iguais nos respectivos suportes;
1 voltmetro
1 ampermetro
1 interruptor
fios de ligao
1. experincia (lmpadas emsrie)
1 Monta o circuito da figura ao lado, com asduas lmpadas L1 e L2
em srie.
2 Modifica o circuito de modo a incluir oampermetro entre as
duas lmpadas.Regista a intensidade da corrente.
3 Modifica o circuito, colocando oampermetro entre o interruptor
almpada L2. Regista a intensidade dacorrente.
4 Modifica o circuito, colocando oampermetro entre a lmpada L1 e
ogerador. Regista a intensidade da corrente.
5 Nota-se alguma variao na intensidade dacorrente ao longo do
circuito?
6 Desenrosca uma das lmpadas. Quesucede? Porqu?
Experimenta
11 Sistemas electricos 4/14/04 10:54 PM Pgina 94
-
95
2. experincia (lmpadas emparalelo)
1 Monta o circuito da figura ao lado, com as duaslmpadas em
paralelo.
3 Modifica o circuito de modo a incluir oampermetro no troo do
circuito da outra lmpadaem paralelo. Regista a intensidade da
corrente.
2 Modifica o circuito de modo a incluir oampermetro no troo do
circuito de uma daslmpadas em paralelo. Regista a intensidade
dacorrente.
4 Modifica o circuito de modo a incluir oampermetro entre a
lmpada L2 e ointerruptor. Regista a intensidade da corrente.
5 Modifica o circuito de modo a incluir oampermetro entre a
lmpada L1 e o gerador.Regista a intensidade da corrente.
6 Nota-se alguma diferena na intensidade dacorrente nos diversos
troos do circuito? Onde que a corrente mais intensa: no gerador e
nointerruptor ou em cada uma das lmpadas?
7 Desenrosca uma das lmpadas. Que sucede?Porqu?
11 Sistemas electricos 4/14/04 10:54 PM Pgina 95
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
+
troos em paralelo
n docircuito
n docircuito
troo principal do circuito
Um circuito com duas lmpadas em paraleloe respectivo
esquema.
Estas duas figuras mostram o mesmocircuito de duas lmpadas em
paralelo. Naprimeira, usa-se menor nmero de fios...mas a passagem
da corrente d-se de modosemelhante: a corrente que circula no
trooprincipal do circuito divide-se num n paraos troos em
paraleloas duas lmpadasevolta a juntar-se no outro n do
circuito.
+
Um circuito em srie e respectivo esquema.
O valor da corrente em circuitos emsrie e em circuitos em
paraleloQuando os componentes de um circuito esto ligados em srie,
a corrente stem um caminho que passa por todos esses condutores.
Quando num circuitoh um n onde a corrente se divide em dois ou mais
caminhos e h umoutro n onde estes caminhos se juntam, diz-se que os
componentes dessescaminhos esto ligados em paralelo ou derivao.
Num circuito com componentes em paralelo, chama-se troo
principal docircuito parte do circuito onde no existem componentes
em paralelo. Acorrente no troo principal a soma das correntes nos
troos em paralelo.
11 Sistemas electricos 4/14/04 10:54 PM Pgina 96
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97
Questes
3 Completa os valores de intensidade da corrente e de
tensoelctrica nos circuitos esquematizados:
4 A figura representa um regato a descer uma montanha que
sebifurca em dois que posteriormente se reunem. O caudal de gua
doregato antes da bifurcao 10 m3 por minuto. Um dos doiscaudais
resultantes da bifurcao 4 m3/min.
4.1 Qual o caudal do outro ramal?
4.2 Qual o caudal de gua aps a reunio dos dois ramais?
4.3 H alguma analogia entre este movimento da gua e o quesucede
com a corrente elctrica? Explica a tua resposta.
+
1 Converter:
1.1 2,25 A em miliamperes.
1.2 1 550 mA em amperes.
1.3 4,8 mA em amperes.
2 Estabelece as ligaes de tal modo que:
+
+
2.2 duas das trs lmpadas fiquem em paralelo e aterceira em srie
e que o ampermetro mea aintensidade no troo principal do
circuito.
2.1 as trs lmpadas fiquem em srie eque o ampermetro mea
aintensidade no circuito.
11 Sistemas electricos 4/14/04 9:08 PM Pgina 97
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Resistncia elctrica dos condutoresOs tomos e outras partculas do
condutor oferecem uma certaresistncia passagem da corrente. Esta
resistncia, designada porresistncia elctrica do condutor, pode ser
medida por diversosprocessos. Para um condutor percorrido por uma
corrente de intensidadeI e submetido tenso elctrica U, define-se a
resistncia elctrica pelaequao:
No Sistema Internacional de Unidades, a resistncia elctrica
expressa numa unidade designada por ohm, cujo smbolo a letra
gregamega, . O ohm a resistncia elctrica de um condutor que
estandosubmetido tenso de 1 volt percorrido por uma corrente de
1ampere:
Um condutor submetido, por exemplo, tenso de 4,5 V epercorrido
por uma corrente de 200 mA = 0,200 A tem a resistnciaelctrica de
22,5 ohms:
R
UI
= = =
4 522 5
,,
V
0,200 A
R
UI
= = =11
11
ohm volt
1 ampere
V
1 A
resistncia elctricatenso elctrica
intensidade da corrente=
=RUI
Resistores de carvoNos circuitos electrnicos e em muitos outros
dispositivos,utilizam-se pequenos resistores de carvo. O valor
daresistncia de um resistor dado por um cdigo de cores.
Por exemplo, o resistor abaixo tem uma resistnciaelctrica de
1500 75 . Este valor de 75 aincerteza da resistncia, indicada pela
ltima banda, de cordourada.
1 5
2 5%
5% de 1500 so:0,05 1500 = 75
A terceira bandaindica o n. de zerosque se seguem aos
doisprimeiros algarismos
A quarta bandaindica o valor da incertezada resistncia
resistor de
1500 75
A primeira e a segundabanda indicam os doisprimeiros
algarismosdo valor da resistncia
1, 2 e 3 banda4 banda
(incerteza)
preto 0
castanho 1
vermelho
castanho = 1 %
vermelho = 2 %2
laranja 3
amarelo 4
verde 5
azul 6
violeta 7
cinzento 8
branco 9
dourado = 5 %
prateado = 10 %
resistor
A
200 mA
4,5 V
+
V
R = =
4 522 5
,,
V
0,200 A
11 Sistemas electricos 4/14/04 9:01 PM Pgina 98
-
99
Medio da resistncia elctrica deum condutor
1. processo: usando a definio de resistncia
Procede-se do seguinte modo:
1 Liga-se o condutor (porexemplo, um resistor), de
quepretendemos medir a resistncia,em srie com um gerador,
uminterruptor e umampermetro.
2 Em seguida, liga-se umvoltmetro aos extremos docondutor e
mede-sesimultaneamente a tensoelctrica U e a intensidade dacorrente
I.
3 Finalmente, utiliza-se a equao dedefinio de resistncia
elctrica paracalcular a resistncia do condutor.
2. processo: usando um multmetro
Um multmetro um aparelho muito utilizado em trabalhos
deelectricidade porque pode medir intensidades de corrente,
tenseselctricas, resistncias e outras grandezas (multi significa
vrios).
Para medir a resistncia elctrica de um condutor com um multmetro
necessrio seleccionar primeiro a funo adequada (indicada pelosmbolo
) rodando o cursor do multmetro. Em seguida, ligam-se aspontas de
prova aos extremos do resistor (que no pode estar num
circuitofechado!). O multmetro faz passar uma certa corrente no
resistor, mede atenso elctrica e calcula imediatamente a
resistncia.
A10 2 3 4
5
0
0.2 0.4 0.60.8
1.0
V0
12 3 4
5
resistor
ampermetro
voltmetro
R
UI
=
Multmetrodigital.
pontasde prova
Multmetroanalgico.
cursor paraseleccionar agrandeza a medir ea escala
bornes para ligao das pontasde prova (escolhidos de acordocom a
grandeza a medir)
11 Sistemas electricos 4/14/04 9:01 PM Pgina 99
-
Discute...
100
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
De que depende a resistnciaelctrica de um fio
condutor?Condutores diferentes tm resistncias elctricas
diferentes.Que variveis influenciam a resistncia elctrica de um
fiocondutor? evidente que uma varivel o material deque feito o
condutor. Por exemplo, certos metais somelhores condutores que
outros metais.
Consideremos agora as seguintes variveis:comprimento do condutor
e seco recta do condutor(ver figura ao lado).
1 Admite que tens dois condutores feitos do mesmomaterial com
igual seco recta mas com diferentecomprimento. Qual dos condutores
deve ter maiorresistncia elctrica? Fundamenta a resposta.
2 E se tiveres dois condutores feitos do mesmo materialcom igual
comprimento mas com diferente secorecta, qual deve ter maior
resistncia elctrica?Fundamenta a resposta, tendo em conta que
quantomais grosso for o fio, mais facilmente passam oselectres
3 Um dos grficos ao lado mostram uma relao deproporcionalidade
directa e outro uma relao deproporcionalidade inversa. Estes
grficos esto deacordo com as respostas que deste nas
questesanteriores? Explica a tua resposta.
4 Tendo em conta a informao dos grficos ao lado eos dados da
tabela abaixo, completa a tabela com osvalores correctos em
falta.
5 Qual dos seguintes metais, cobre oualumnio, melhor condutor
elctrico?Fundamenta a resposta.
c
s2s3s
2c3c
R
2R
3R
R/4
R/2
R
c 2c 3c
s 2s 3s
resistnciado fio
resistnciado fio
comprimento
rea da seco recta
seco rectado condutor
rea da seco recta= 3,14 x raio2
comprimentodo condutor
comprimentodo fio (m)
materialdo fio
seco rectado fio (mm2)
resistncia elctricado fio ()
cobre 1,00 1,00 170 104
cobre 2,00 1,00
cobre 10,00 1,00
cobre 0,50 1,00
alumnio 1,00 1,00 500 104
alumnio 1,00 2,00
alumnio 1,00 3,00
alumnio 1,00 5,00
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:02 PM Pgina 100
-
1 A resistncia de um fio condutor depende dasua temperatura. Em
geral, quanto maior atemperatura de um condutor, maior aagitao dos
seus tomos e maior , portanto,a resistncia passagem dos electres
deconduo. O grfico ao lado refere-se resistncia de trs condutores
em funo datemperatura.
1.1 A resistncia do termistor varia muito oupouco com a
temperatura? Fundamenta aresposta.
1.2 Qual dos condutores se ope cada vezmais passagem da corrente
medida quea temperatura aumenta? Fundamenta aresposta.
1.3 Que caracterstica apresenta o condutor de"constantan" (liga
metlica que contm55% de cobre, 44% de nquel e 1% demangans)?
1.4 Qual o valor da resistnciaelctrica do condutor detungstnio
temperatura de70 C?
2 Observa a figura ao lado. Qual aresistncia da lmpada se
ovoltmetro indicar 4,3 V e oampermetro 200 mA?
3 Determina a resistncia do resistor da figura utilizando o
cdigo decores.
4 Uma bateria de 12 V de um carro alimenta o desembaciador do
vidrotraseiro. Quando o interruptor ligado passa no circuito uma
correntede 0,6 A.
4.1 Qual a resistncia do desembaciador?
4.2 O desembaciador fica quente mas os fios de ligao
mantm-sefrios. Porqu?
101
Questes
A10 2 3 4
5
0
0.2 0.4 0.60.8
1.0
V0
12 3 4
5
ampermetro
voltmetro
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:02 PM Pgina 101
-
102
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Lei de Ohm e condutoreshmicosEm alguns condutores (a temperatura
constante),verifica-se que a tenso nos extremos do condutor ea
intensidade da corrente que opercorre so directamenteproporcionais.
Esta afirmaoconstitui a chamada lei de Ohm e oscondutores elctricos
em que tal seobserva chamam-se condutoreshmicos.
A figura ao lado mostra um circuitoque permite verificar essa
relao comum resistor de carvo. Quando se faz variara resistncia
total do circuito, deslocando ocursor do restato, variam a tenso
elctrica nosextremos do resistor e a intensidade da correnteno
circuito e, portanto, no resistor. (Numa experinciadeste tipo s se
deve manter o circuito ligadoenquanto se efectuam as leituras nos
aparelhos demedida, a fim de que a temperatura dos condutoresno
varie significativamente).
Para um certo condutor, obtiveram-se os dados databela,
representados no grfico. Estes dadospermitem concluir que, para
aquele condutor, se tem:
O quociente U/I , por definio, a resistnciado condutor. A
resistncia , portanto, constante nocondutor utilizado (vale 7 ohms,
para qualquer valorda tenso ou da intensidade de corrente). Este
umexemplo de um condutor hmico.
Muitos condutores no seguem a lei de Ohm, ouseja, a tenso nos
seus extremos no proporcional intensidade da corrente.
Nessescondutores condutores no-hmicos ou no lineares o valor da
resistncia depende datenso elctrica.
tenso elctrica
intensidade da correnteconstante = 7
constante =
=
=
UI
R
A10 2 3 4
5
0
0.2 0.4 0.60.8
1.0
V0
12 3 4
5
resistor
restato (o cursor faz variar a resistncia do restato)
ampermetro
voltmetro
tenso elctrica (V)
tensoelctrica
U (V)
1,0 0,15 6,667 7
1,5 0,21 7,142 7
2,0 0,29 6,896 7
2,5 0,36 6,944 7
intensidade dacorrente
I (A)
UI
Quando aumenta a tenso elctrica aplicada nas extremidades do
resistor, aumentatambm a intensidade da corrente que o percorre.
Repara que quando a tenso
aumenta para o dobro, a intensidade da corrente aumenta
igualmente para o dobro (sedesprezarmos pequenas diferenas que
atribumos s incertezas das medies). As
duas grandezas so directamente proporcionais. Quando duas
grandezas sodirectamente proporcionais, o grfico que as relaciona
uma linha recta que passa
pela origem dos eixos. O quociente dos respectivos valores
constante.
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:02 PM Pgina 102
-
1 Considera o circuito elctrico esquematizado ao lado. Ocircuito
engloba os componentes X, Y, Z, T, U, S e K. Oinstrumento Y indica
o valor 10,2 unidades SI. Oinstrumento Z indica o valor 0,3
unidades Sl. Oinstrumento U indica o valor 3,6 unidades SI
1.1 Faz a respectiva legenda.
1.2 Qual o valor da intensidade da corrente quepassa em S?
1.3 Qual a finalidade do componente S?
1.4 Qual a resistncia de T?
1.5 Desprezando os efeitos da variao da temperatura,indica como
se alteram os valores indicados por Z eU se a resistncia total do
circuito passar para odobro.
2 A tabela ao lado apresenta os resultados obtidos
numaexperincia em que se mediu a resistncia elctrica deum
condutor.
2.1 Utiliza o papel milimtrico para representar aintensidade da
corrente em funo da tensoelctrica.
2.2 Calcula a resistncia do condutor para os diversosvalores de
tenso elctrica.
2.3 Trata-se de um condutor hmico ou de um condutorno-hmico?
Fundamenta a resposta.
3 O grfico em baixo mostra a corrente em funo datenso elctrica
nos extremos de um LDR (LightDependent Resistor).
3.1 Qual a intensidade da corrente no LDR quando atenso nos seus
extremos vale 0,6 V?
3.2 Calcula a resistncia do LDR quando a tenso nosseus extremos
vale 0,6 V.
3.3 Calcula a resistncia do LDR quando a tenso nosseus extremos
vale 0,7 V.
3.4 O LDR um condutor hmico ou no-hmico?Fundamenta a
resposta.
3.5 Para que valores de tenso que o LDR praticamente
isolador?
3.6 A resistncia do LDR aumenta ou diminui medidaque aumenta a
tenso elctrica? Fundamenta aresposta.
103
+
V
A
V
Y
Z
UX
S K
T
tenso elctrica (V)
tensoelctrica
U (V)
2,0 102
3,1 155
3,9 194
5,0 249
intensidade dacorrenteI (mA)
Questes
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:02 PM Pgina 103
-
Uma estria muito antigaOs gregos antigos, h mais de 2000 anos,
ficaram intrigadoscom o estranho poder de um minrio de ferro que
hojeconhecemos como magnetite. Uma das suas lendasconta que um
pastor de nome Magnes encontrou umdia, nos campos das cercanias de
Magnsia, umlugar onde a ponta de ferro do seu cajado eraatrada para
o solo. Escavando este, encontrou uma rochaque tinha o poder mgico
de atrair o ferro. Os objectoscom este poder de atrair o ferro (e
outros metais)chamam-se manes (man significa que atrai) oumagnetes
(palavra originada de Magnes e deMagnsia).
Gilbert (1540-1603), que tambm foi pioneiro noestudo da
electricidade, investigou os manes. Descobriu que estestinham dois
plos diferentes (Norte e Sul) e que o ferro pode adquiriras
propriedades magnticas ao ser friccionado com a magnetite. Oferro
macio (ferro quase puro) muito fcil de magnetizar ao
serfriccionado. Mas a sua magnetizao temporria: com a
mesmafacilidade perde o poder magntico ao deixar de ser
friccionado. J oao (mistura de ferro, carbono e outros metais) mais
difcil demagnetizar mas a sua magnetizao permanente.
Uma propriedade importante dos manes , como sabes, utilizadanas
agulhas magnticas para navegao em terra e no mar: quandosuspensos
livremente, os manes orientam-se numa direcoprxima da linha
Norte-Sul geogrfica, a chamada linha Norte-Sulmagntica.
Os plos de um man no podem ser separados um do outro. Defacto,
se partirmos um man ao meio obtemos dois manes, cada umcom o seu
plo Norte e plo Sul. Se voltarmos a partir um dos novosmanes ao
meio, obtemos outros dois manes. E assim sucessivamente.Recorda que
plos do mesmo tipo repelem-se e plos de tipo
diferenteatraem-se.
Hoje sabe-se que as propriedades dos manes so devidas a
micro-correntes elctricas associadas a certo tipo de materiais. Por
isso, os
104
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
5 manes, electromanes einduo electromagntica
Uma corrente elctrica produz um campo magntico, o que est
na base dos electromanes e motores elctricos. Mas com um
campo magntico tambm podemos obter uma corrente elctrica.
o que sucede na chamada induo electromagntica, usada na
produo industrial de corrente.
O pastor Magnes descobrea atraco do ferro pelamagnetite
Partindo um man, obtmsedois novos manes, cada umcom o seu plo
Norte e oseu plo Sul. Que tipo deinteraco se estabeleceentre os
dois manes dafigura?
plo N
plo S
plo Nplo S
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:02 PM Pgina 104
-
Experimenta
105
manes e electromanes
Interaco entre manes
1 Suspende (ou apoia) um man num suporte. Comose orienta o man?
Compara essa orientao coma direco Norte-Sul geogrfica.
2 Aproxima do plo Norte(vermelho) do man suspenso oplo Norte de
outro man. Quesucede?
3 Aproxima do plo Norte do mansuspenso o plo Sul de outroman.
Que sucede?
4 Aproxima um man do maior nmero possvel deobjectos (clips,
esferogrficas metlicas e deplstico, borrachas, lpis, pregos,
pionaises, etc.).Faz uma lista dos que so atrados pelo man.
Construir um electroman
5 Enrola o fio condutor tal como mostra a figura.
6 Liga as extremidades do fio condutor a uma pilha everifica o
que sucede agulha magntica.IMPORTANTE: estabelece a ligao pilha
apenasdurante o mais pequeno intervalo de tempopossvel, para poupar
a pilha.
7 Enrola o fio condutor em torno de um prego deferro grande.
Aproxima o prego de uma agulhamagntica (ou de limalha de ferro) e
liga edesliga a corrente. Que observas?
Investigar o comportamento de umabobina
8 Coloca uma agulha magnticaperto de uma bobina (fio
condutorenrolado em espiral).
9 Liga e desliga a corrente na bobina.Que sucede?
10Inverte o sentido da corrente nabobina. Que sucede?
11Que podes concluir sobre os plos da bobina(Norte ou Sul), com
base no comportamento daagulha?
ligao auma pilha
ligao auma pilha
ligao auma pilha
Material manes em barra e
suportes
Pilha elctrica
Fio condutor de cobreisolado
Prego grande de ferro
Bobina e agulha magntica
Limalha de ferro
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106
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Campo magntico, correnteelctrica e manesJ conheces a ideia de
campo elctrico ou campode foras elctricas: uma carga elctrica cria
suavolta um campo elctrico. esse campo elctrico queexerce foras (de
atraco ou repulso) sobre outrascargas elctricas prximas dela.
De modo semelhante, dizemos que um man criaum campo de foras
magnticas. Este campo deforas facilmente detectado por outro man ou
porlimalha de ferro, como mostra a figura ao lado. Alimalha de
ferro espalhou-se de acordo com aschamadas linhas de fora do campo
magntico doman, constituindo um espectro magntico.
Desde o sculo XIX que se sabe tambm que umacorrente elctrica
cria um campo magntico quepode ser detectado por manes, limalha de
ferro oupor outras correntes. Por exemplo, espalhando limalhaem
torno de um condutor percorrido por umacorrente, observa-se que
esta se distribui segundo aslinhas de fora do campo criado pela
corrente.
Quando o condutor tem a forma de uma espiral oubobina, o campo
magntico criado pela corrente quepercorre esse condutor semelhante
ao campo criadopor um man: uma das extremidades da
bobinacorresponde ao plo Norte e a outra extremidade aoplo Sul.
O que , afinal, um man? Os manes, como todosos materiais, so
feitos de tomos com electres emmovimento. Quando um electro se move
constituiuma corrente elctrica microscpica! Cria, pois,um campo
magntico microscpico, tal como ascorrentes elctricas nos circuitos
que estudaste criamum campo magntico sua volta. Em certos
materiais(como a magnetite, o ferro, o ao, etc.), as
correnteselctricas microscpicas podem ficar todasalinhadas, criando
um man suficientementeintenso para interactuar com outros manes
ecorrentes.
Os pedacinhos da limalha de ferroespalhada por cima do vidro que
cobre oman ficam magnetizados, alinhando-sesegundo as linhas do
campo de forasmagnticas criado pelo man.
Os pedacinhos dalimalha de ferroespalhada numafolha em volta
dofio condutor ficammagnetizados,alinhando-sesegundo as linhasdo
campomagntico criadopela corrente.
Os pedacinhos da limalha de ferro, espalhadanuma placa que contm
um enrolamento deum fio condutor em bobina, ficammagnetizados e
alinham-se segundo as linhasdo campo magntico criado pela corrente
quepassa na bobina.
Foi Michael Faraday (1791-1867), que comeou a sua vida como
encadernador delivros, quem pela primeira vez produziu espectros
magnticos que revelaram aexistncia de algo: um campo de foras, que
ficou conhecido como campomagntico. Porque se chama campo magntico
se ele criado por correnteselctricas? que esse campo comeou por ser
associado apenas s propriedadesdos magnetes e s mais tarde foram
descobertas as propriedades magnticas dascorrentes elctricas.
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:02 PM Pgina 106
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107
Utilizao dos manes eelectromanesA bssola a mais antiga utilizao
dos manes. Com a descoberta doefeito magntico da corrente elctrica
construiram-se electromanesque tm um nmero enorme de aplicaes,
desde as simplescampainhas at sofisticados motores elctricos.
1 A haste que contm o martelo est inicialmente
ligeiramenteafastada do ncleo do electroman, de modo a que o
martelo estejaa uma pequena distncia da campnula da campainha.
Como funciona uma campainha
Uma campainha antigapode ser facilmentedesmanchada para
seestudar o seufuncionamento
Uma bssolarudimentar
feita comuma agulha
de coser,magnetizada
por fricocom um man. Era com bssolas
deste tipo que se navegava notempo dos descobrimentos
2 Quando a corrente elctrica passa nas bobinas de fio
(parecemcarrinhos de linha na figura), o ncleo de ferro das bobinas
ficamagnetizado e atrai a haste de ferro do martelo, fazendo com
queeste bata na campainha.
3 Quando a haste de ferro atrada, abre-se um contacto
quefunciona de interruptor na base da haste.
4 Como este interruptor pertence ao circuito elctrico que
alimenta asbobinas, o facto de ele se abrir interrompe a corrente
nas bobinas.Deste modo, o ncleo de ferro desmagnetiza-se, deixa de
atrair ahaste, e esta volta sua posio normal.
5 Quando isto sucede, fecha-se o interruptor atrs referido,
volta apassar corrente no circuito, o electroman volta a ter
corrente, o seuncleo volta a magnetizar-se, volta a atrair a haste
e assimsucessivamente trim trim
Projectos
As duas fotos ao lado mostram dois equipamentos antigosque
ajudaram a revolucionar as comunicaes: um telgrafoprimitivo e um
dos telefones que o americano AlexanderBell inventou, ambos
baseados em electromanes.Consultando enciclopdias, outros livros e
a Internet, faz umposter sobre o funcionamento de um aparelho que
utilizeelectromanes.
Podes tambm desmontar equipamentos elctricosantigos (rdios,
campainhas, pequenos electrodomsticos,etc.) e investigar
componentes que usem electromanes.No os coloques em funcionamento,
sem a ajuda de umtcnico ou professor, por razes de segurana.
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
A induo electromagnticaFaraday sabia que com uma corrente
elctrica conseguiaproduzir um campo magntico Como era um
cientistagenial e tinha uma enorme intuio criadora,
interrogou-sesobre se seria possvel produzir uma corrente elctrica
apartir de um campo magntico (criado por manes,naturais ou
electromagnticos). A resposta afirmativa a estapergunta demorou-lhe
vrios anos mas contribuiu paramudar o mundo: comeava a era
daelectricidade com aplicao prtica, uma vezque as pilhas, j
conhecidas no tempo deFaraday, duravam pouco tempo!
Faraday descobriu que quando umman se aproxima ou afasta deuma
bobina, surge uma correnteelctrica no fio condutor.Interrompendo o
movimento do man, deixade haver corrente elctrica no fio. Este
fenmeno, designadopor induo electromagntica, est na base da
produoindustrial de corrente elctrica e, em certa medida, na
basedos motores elctricos. Induzir quer dizer provocar,instigar: na
induo electromagntica, omovimento do magnete provoca oaparecimento
de uma correnteelctrica.
A corrente elctrica produzidapor induo electromagntica no uma
corrente contnua: estpermanentemente a variar deintensidade e de
sentido. Diz-se que uma corrente alternada. Quando o man se
aproxima, acorrente na bobina tem o sentido oposto corrente
induzidaque surge quando o man se afasta (como se pode observarno
ponteiro do galvanmetro da figura).
Produo industrial de correnteelctricaA produo de corrente nas
centrais hidroelctricas etermoelctricas baseada na induo
electromagntica emsistemas designados por alternadores. O princpio
simples:uma bobina, no interior de potentes electromagnetes,
colocada a girar (por uma queda de gua, por exemplo). Omovimento
dessa bobina produz uma tenso elctrica muitoelevada (centenas de
milhares de volts!) que depoisutilizada para alimentar circuitos
exteriores.
Na foto ao lado mostra-se um modelo escolar de umalternador. O
movimento rotativo da bobina, no interior doman, origina a tenso
elctrica que detectada pelogalvanmetro. Essa tenso pode depois ser
utilizada numcircuito exterior. Os alternadores que geram a
correnteelctrica nos automveis funcionam de modo semelhante.
galvanmetro(ampermetromuito simples,no calibrado)
O movimento do man induz umacorrente no contnua, que
variapermanentemente de intensidade e desentido. No havendo
movimento doman, no h corrente induzida no fioda bobina.
Modelo escolar de um alternador: omovimento da bobina, num
potentecampo magntico (man branco evermelho que envolve a
bobina),origina uma tenso elctricaalternada, detectada
pelogalvanmetro.
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:02 PM Pgina 108
-
109
Corrente alternadaA corrente que alimenta as nossas casas e as
fbricas corrente alternada (AC, de Alternate Current). transportada
em alta tenso (centenas de milhares devolts) mas utilizada em baixa
tenso (220 volts).
Apesar de dizermos que a corrente alternada dashabitaes de 220
V, a tenso elctrica dessa correnteno constante, variando desde um
valor negativo de 311 V at um valor positivo de 311 V. Mas que
significadotem dizer que uma fonte de correntealternada de 220 V se
a tenso dacorrente est permanentemente avariar? Convencionou-se que
umacorrente alternada de 220 V acorrente alternada que
produzexactamente o mesmo efeito trmicoque uma corrente contnua de
220 V.Assim, se ligarmos uma lmpada aosterminais de corrente
alternada de220 V notar-se- na lmpada o mesmoefeito trmico
(consequentemente omesmo efeito luminoso) que seligarmos essa
lmpada aos bornes decorrente contnua de 220 V.
O grfico ao lado mostra a variao datenso elctrica das habitaes,
durante 5centsimos de segundo (0,05 s). Ao fim de0,02 s, a corrente
retoma o valor inicial e nasmesmas condies de variao. Num
segundo,isso sucede, pois, 50 vezes. Diz-se que afrequncia da
corrente de 50 Hz (ler50 hertz; o hertz uma unidade que significa1
vez por segundo).
Motores elctricosUm motor elctrico um dispositivo que utilizaas
propriedades magnticas da corrente paraobter um movimento de
rotao.
Observa o motor elctrico dedemonstrao da figura junto. O motor
possuium enrolamento ou bobina de fio (B) que estcolocado no
interior de um man (I) em forma de U. Estabobina alimentada pela
corrente vinda da fonte detenso (F).
Quando passa corrente no enrolamento, ocorrem forasde repulso
magntica entre o man I e o enrolamento B,fazendo com que este rode.
Para se manter em rotao, necessrio um pequeno truque: as ligaes do
enrolamento fonte de tenso tm que ser de tal modo que a repulso
semantenha cada vez que a bobina d meia volta. Essasligaes so
estabelecidas nas chamadas escovas (E).
0,01 0,030,02 0,04 0,05
300
200
100
100
200
300
01 ,0 03 ,0tempo/s
tenso /V
Grfico que mostra a variao da tenso elctrica nacorrente
alternada de 220 V das habitaes.
Observando uma corrente alternada numosciloscpio possvel
verificar avariao da tenso ao longo do tempo.
Um dosmotores
elctricosinventados por
Faraday nosx. XIX.
Motor elctrico dedemonstrao.
I
F
E
B
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-
110
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Transporte dacorrente alternadae transformadoresUma das grandes
vantagens dacorrente alternada a facilidadecom que se transforma a
tenso,aumentando-a ou diminuido-a. Otransporte a grandes distncias
feito atenses muito elevadas (centenas demilhares de volts), mas o
consumo,por razes de segurana, feito atenses muito mais baixas (220
Vem Portugal).
O transporte feito a tensesmuito elevadas para diminuir
tantoquanto possvel as chamadasperdas em linha devidas aoefeito
Joule (as perdas somenores quando a tenso alta equando a
intensidade da corrente baixa).
Para obter correntes alternadas de tenses elevadas a partir
decorrentes de tenses menores ou vice-versa usam-setransformadores,
que so aparelhos que funcionam por induoelectromagntica e possuem
dois enrolamentos (bobinas). A fotoabaixo mostra um transformador
de desmonstrao. A tenso obtidanum transformador depende da relao
entre o nmero de espiras nosdois enrolamentos.
central
transformadores
transformadores transformadores transformadores
transformadores
25 000 V
transporte a grandes distncias275 000 V
ou 400 000 V 132 000 V
indstria ligeira
indstria pesada
habitaes
220 V 11 000 V 33 000 V
Um transformador constitudo por um ncleo de ferromacio (formado
por chapas metlicas sobrepostas) edois enrolamentos (secundrio e
primrio). Os dois enrolamentos de um transfor-
mador tm nmero diferente de espiras.
Fonte de tensoalternada.
A corrente alternada que chega ao enrolamento primrio cria
umcampo magntico varivel no enrolamento secundrio, provocandoneste
uma corrente alternada por induo.
A tenso obtida no secundriodepende da relao entre onmero de
espiras nos doisenrolamentos.
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:05 PM Pgina 110
-
1 A figura junta representa uma campainhaelctrica de
demonstrao.
1.1 Faz a legenda da figura.
1.2 Explica resumidamente como funciona.
2 Observa o esquema do motor ao lado (motorelctrico de corrente
contnua). O motor alimentado ligando uma pilha aos terminais A e
B.
2.1 Que tipo de interaco (repulso ou atraco) se estabeleceentre
a bobine e o man?
2.2 Enquanto a bobine d meia volta, o comutador acompanhaesse
movimento. Ao fim da meia volta, a ligao comutador-escova invertida
(repara que o comutador um anelcircular partido ao meio, estando
cada metade ligada a umaextremidade da bobine). Que sucede ao
sentido da correntena bobina? Que resulta desse facto?
3 Observa o transformador da foto de baixo da pgina
anterior.
3.1 Aumentou ou diminuiu a tenso do primrio? Porqu?
3.2 Qual das bobines tem maior nmero de espiras: a doprimrio ou
a do secundrio?
3.3 Faz uma estimativa do quociente entre o nmero de espirasdo
primrio e do secundrio.
4 A foto ao lado mostra um guindaste electromagntico. Explicaem
uma ou duas frases como funciona.
Por exemplo, se o nmero de espiras doenrolamento secundrio (ou
de sada) for10 vezes superior ao nmero de espiras doenrolamento
primrio (ou de entrada),uma corrente de 1000 V no circuitoprimrio
sair do circuito secundrio com atenso de 10 000 V (10 1000 V).
Esta relao de proporcionalidadeentre as tenses do primrio e
dosecundrio e os respectivos nmeros deespiras pode ser escrita do
seguinte modo:
111
geradorde correntealternada
transformador
ligaes onde sepode obtercorrente alternadacom outra
tensoelctrica
primrio secundrio
bobinecomutador
escovas
A
B
tenso no primrio
tenso no secundrio
n. de espiras no primrio
n. de espiras no secundrio=
Questes
Esquema de um circuito de transformao. Otransformador
esquematizado um abaixador
de tenso. Se o nmero de espiras dosecundrio fosse superior ao do
primrio,
tratar-se-ia de um elevador de tenso.
A
B
E D
C
11 Sistemas electricos 4/14/04 8:06 PM Pgina 111
-
Discute...
112
11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
A instalao elctrica dashabitaes inclui diversosdisjuntores, como
os da figura.Os disjuntores tm como funoproteger os respectivos
circuitosde sobrecargas, isto , decorrentes demasiado intensas,que
podero danificar oselectrodomsticos ou mesmoproduzir incndios. Em
cadacircuito independente, astomadas de corrente esto emparalelo.
Por isso, quando umaparelho no est ligado, osoutros aparelhos
continuam afuncionar sem qualquerproblema, o que no sucederiase
estivessem ligados em srie.
Potncia elctrica e energiaelctricaA potncia elctrica a grandeza
fsica que mede a rapidez comque a energia elctrica transformada
noutras formas de energia.
A unidade de potncia do Sistema Internacional de Unidades o watt
(smbolo: W). O quilowatt (smbolo: kW) so 1000 watts.Em geral, a
potncia das lmpadas expressa em watts e apotncia dos aparelhos
electrodomsticos em quilowatts.
Como sabes de anos anteriores, a energia mede-se emjoules, J, no
SI. A potncia de 1 W corresponde transferncia de1 J de energia por
segundo. O consumo de energia elctrica expresso vulgarmente numa
outra unidade de energia, oquilowatt-hora, que se representa por
kWh. nesta unidade que indicado o consumo de energia nos contadores
de electricidade.A energia de 1 kWh a energia consumida por um
aparelho com apotncia de 1 kW durante 1 hora.
Assim, um aparelho elctrico com a potncia de 1 kW consome:
1 kWh (ler quilowatt hora) de energia elctrica numa hora;
2 kWh de energia elctrica em duas horas; etc.
Se o aparelho tiver a potncia de 2 kW consome:
2 kWh de energia elctrica numa hora;
4 kWh de energia elctrica em duas horas; etc.
A equao que relaciona a energia elctrica consumida porum
aparelho com a potncia do aparelho e o tempo de utilizao, pois:
Por exemplo, um aquecedor com a potncia de 1,5 kWconsome, em 3
horas, a energia de 4,5 kWh:
energia = 1,5 kW 3 h = 4,5 kWh .
J uma lmpada com a potncia de60 W (60 W = 0,060 kW) consome,
emtrs horas, apenas a energia de 0,180kWh:
energia = 0,060 kW 3 h = 0,180 kWh .
E que energia consome uma lmpadade 100 W em cinco horas? E
umaquecedor de 1 500 W em duas horas?
energia utilizada = potncia tempo de utilizao
Uma lmpada com a potncia de60 watts = 60 W = 0,060 kW.Esta
lmpada consome 60 joulesde energia por segundo.
O consumo de energia elctricanas habitaes expresso
emquilowatt-hora (kWh) e medidonos contadores de electricidade.A
energia de 1 kWh a energiaconsumida por um aparelho coma potncia de
1 kW durante1 hora de funcionamento.
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Quando se faz um contrato defornecimento de energia elctrica
devefazerse previamente uma estimativada potncia total
doselectrodomsticos e outros aparelhosque se vo usar. Os aparelhos
tmindicada a potncia no prprio aparelho.Somando-se as potncias de
todos osaparelhos que se prev usarsimultaneamente, incluindo
aslmpadas, calcula-se a potncianecessria. A tabela ao lado
apresentauma estimativa para uma certahabitao.
As empresas fornecedoras de electricidade fornecem ligaescom
potncias entre 3,45 kW e 20,7 kW. Quanto maior apotncia, mais caro
, como podes ver na tabela referente aDezembro de 2003.
1 Qual a potncia mnima que se deve contratar para ahabitao acima
indicada?
2 Que pode suceder se se contratar um valor inferior depotncia e
se se utilizar todos os aparelhos indicados aomesmo tempo?
3 Ser possvel ter potncia inferior necessria para utilizartodos
os aparelhos indicados e no haver problemaalgum? Em que situao que
tal pode acontecer?
4 Porque razo h em certas cozinhas um interruptor(comutador) que
apenas permite o funcionamento de umacerta mquina (de lavar loia ou
de lavar roupa)?
5 Quanto custa, em euros, manter uma televiso de 120 Wligada
durante 8 h? (Ver preos do kWh na caixa ao lado.)
A chamada tarifa bi-horria permite o consumo de energiaa custos
mais baixos mas, em contrapartida, implica umacrscimo na factura
mensal de 2,22 euros (contando j com oIVA). Portanto, s poupa
dinheiro quem de facto usar energianas horas de vaziover horrio e
preos ao lado.
6 Ser que compensa em termos de custos mensaiscontratar a tarifa
bi-horria e utilizar a mquina de lavarroupa com a potncia de 1700 W
durante 1 h quatro vezespor ms durante as horas de vazio?
Fundamenta aresposta.
7 E ser que compensa contratar a tarifa bi-horria usandoapenas o
frigorfico nas horas de vazio durante um msinteiro? Fundamenta a
resposta.
Equipamentos Potncia Consumo por horaem simultneo W kWh
Mquina de lavar loia 1700 1,70Forno elctrico 2300
2,30Termoventilador 2000 2,00Exaustor 130 0,13Frigorfico combinado
100 0,10Televisor 120 0,12Computador c/ monitor 70 0,07Calorfico a
leo 1000 1,00Iluminao 600 0,60Videogravador 23 0,02Mini Hi-Fi 150
0,15
Consumo total simultneo 8193 8,19
Potncia contratada Preo com IVA(em kW) (em euros)
3,45 5,654,60 7,946,90 12,5110,35 18,9220,70 37,67
Tarifa bi-horria (horrios doperodo do vazio)
Segunda-feira a sexta, dameia-noite s 7 h da manh
Sbados a qualquer hora,excepto entre as 9 h e as14 h e entre as
18,30 h eas 22 h
Domingos, a qualquer hora
Custo do kWh durante o perodode vazio (em euros, com IVA)
0,0554
Custo do kWh fora do perodode vazio (em euros, com IVA)
0,1013
Valores referentes aDezembro de 2003, para usodomstico.
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
6 O mundo da comunicao, docontrolo e da regulao
Desde sempre que os seres humanos ambicionaram comunicar
com o mundo que os rodeia cada vez a maiores distncias e
cada
vez mais facilmente. Hoje em dia relativamente fcil, graas
Electrnica, comunicar a distncias csmicas. tambm a
Electrnica que permite controlar e regular os mais diversos
aparelhos, desde os avies at s mquinas de lavar.
Input, processamento,outputA Electrnica utiliza o movimento das
cargas elctricas emdispositivos ou sistemas electrnicos que tornam
a vida maisconfortvel.
Um sistema electrnico um circuito ou conjunto de circuitosque
realiza uma certa funo. Num sistema, costuma-se distinguir:
a entrada de sinais (em ingls, input);
o processamento dos sinais;
a sada de sinais (em ingls, output).
Por exemplo, num leitor de CDs, os sinais de entrada so os
queresultam da leitura (por luz laser) do CD, o processamento toda
atransformao por que passam (descodificao,
pr-amplificao,amplificao, etc.) e a sada corresponde emisso do som
por umaltifalante. Num computador, os sinais de entrada podem ser
os queo teclado ou um rato proporcionam, o processamento tudo o
quesucede nos circuitos internos do computador e a sada pode
ocorrernum ecr ou numa impressora.
TransdutoresOs componentes de sada ou de entrada de um sistema
elec-trnico so chamados, em geral, transdutores:
os transdutores de entrada convertem sinais mecnicos,pticos ou
acsticos em sinais elctricos (ou seja, convertem emenergia elctrica
outra forma de energia);
os transdutores de sada convertem sinais elctricos em sinaisde
outro tipo (portanto, convertem energia elctrica noutra formade
energia).
processamentode sinais
sadade sinais(output)
entradade sinais(input)
As colunas de som sotransdutores de sada (recebemenergia
elctrica e pem avibrar membranas). Umasimples lmpada, poder ser
otransdutor de sada num circuitosimples. Um ponteiro nummedidor ou
um alarme sooutros exemplos detransdutores de sada.
Um microfone umexemplo detransdutor
deentrada:convertesinaissonoros emsinaiselctricos.
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Este osciloscpio tem dois canais: podereceber dois sinais
distintos, ao mesmotempo.
Entrada de sinal no canal 1 (CH1). Ondeest a entrada de sinal no
canal 2 (CH2)?
Com sensores e software adequados, umcomputador tambm pode
funcionar comoosciloscpio. Um dos sistemas mais acessveis
paraescolas est descrito em http://www.drdaq.com.
Ecr revestido deuma camadafluorescente paraque o impacto dofeixe
electrnicoseja visvel.
A curva observada corresponde diferena de potencialaplicada nas
placas horizontais do osciloscpio: quantomaior for essatenso
aplicada nasplacas, mais paracima ou para baixose desvia o
feixeelectrnico (nestecaso a tenso variaalternada
eperiodicamente).
Controlo defrequncia dovarrimentohorizontal do feixeelectrnico.
Estevarrimento produzido por umatenso varivelaplicada a duasplacas
verticais.
Neste tubo de umosciloscpio podeobservar-se as placashorizontais
e verticaisque desviam o feixe deelectres, emitido porum filamento
aquecidojunto base do tubo.
Controlo datenso nas placashorizontais parafazer o feixesubir
oudescer.
A visualizao de sinais elctricos era praticamenteimpossivel at o
alemo Ferdinand Braun (1850-1918) inventar o osciloscpio.
Um osciloscpio tem algumas semelhanas com ateleviso na medida em
que possui tambm umcanho de electres onde, por aquecimento deum
filamento metlico, se origina um feixe electrnico. Possuitambm
placas que desviam este feixe dentro de um tubo de onde foiretirado
o ar e um alvoo ecr.
O transdutor de entrada poder ser, por exemplo, um microfone.
Omicrofone converte o sinal sonoro num sinal elctrico, ou seja
numatenso elctrica varivel que vai ser aplicada a duas
placashorizontais no meio das quais o feixe de electres passa.
Com a ajuda de um osciloscpio, pode verificar-se facilmente se,
entredois pontos de um certo circuito existe uma diferena de
potencialcontnua ou alternada e, portanto, corrente contnua ou
alternada.No primeiro caso, observa-se no ecr uma linha horizontal
provocadapelo varrimento horizontal do feixe electrnico produzido
por umatenso varivel aplicada nas duas placas verticais do
osciloscpio. Nosegundo caso, observa-se uma tenso varivel ao longo
do tempo (porexemplo, uma onda sinusoidal).
Osciloscpios
sinal de
corrente
alternada
sinal de
corrente
contnua
;
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Bits registadosnum discocompacto (emcima).
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11 S I S T E M A S E L C T R I C O S EE L E C T R N I C O S
Sinais analgicos e digitaisUm sinal pode ser de dois tipos:
analgico, isto , um sinal que varia continuamente,sem
interrupes;
digital, ou seja, um sinal que varia aos saltos.
Por exemplo, num termmetro de mercrio,que um exemplo de um sinal
analgico, atemperatura indicada pelo comprimentoda coluna de
mercrio, que variacontinuamente medida que varia atemperatura. Pelo
contrrio, num termmetro digital, onde atemperatura indicada por
algarismos, o mostrador saltade grau em grau ou de dcimo de grau em
dcimo de grau(consoante a resoluo do termmetro). A resoluo de
uminstrumento , simplesmente, a menorvariao de valor que esse
instrumento podedetectar.
Num circuito elctrico, um sinal elctrico(isto , a variao de uma
corrente elctricanum certo intervalo de tempo) pode ser umsinal
analgico, no caso em que a correntevaria continuamente, ou digital,
quando acorrente s pode tomar alguns valores (porexemplo, existe
corrente com uma certaintensidadeligadoou no existe
correntedesligado). Com a ajuda de um osciloscpio,pode verificar-se
se, num dado troo de umcircuito, o sinal analgico ou digital.
Bit e byte, cdigo binrioUm sinal digital comum s pode ter um de
dois valores. Porexemplo, 1 ou 0, ligado ou desligado, sim ou
no.Cada um destes dois valores designado por bit.
Qualquer nmero ou letra pode ser representadadigitalmente, num
cdigo adequado (cdigo binrio), isto ,num cdigo que s utiliza dois
sinais.
Um conjunto sequencial de oito bits um byte. Todos osalgarismos
de 0