1. Capítulo 1 - Conceitos Fundamentais Elétricos Prof. Marco Pereira Escola Náutica Infante D. Henrique Departamento de Engenharia Marítima Noções de Eletricidade

2. Teoria do Átomo 2 2017/2018 Estrutura básica do átomo (modelo de Bohr): Cada átomo no seu estado normal tem o mesmo número de eletrões e protões  átomo é eletricamente neutro.

3. Teoria do Átomo 3 2017/2018 Estrutura básica do átomo com diferentes camadas (órbitas): O número de eletrões por órbitas é limitado a 2n 2 por órbita. Até 2 eletrões na órbita K, até 8 na órbita L, até 18 na órbita M e até 32 na órbita N.

4. Teoria do Átomo 4 2017/2018 Caso do átomo de cobre: K, L e M completas e apenas 1 eletrão em N. A órbita de fora ( N ) é chamada de órbita de valência e o eletrão é chamado de eletrão de valência.

5. Teoria do Átomo - Carga Elétrica 5 2017/2018 Mesmo número de eletrões e protões – cargas cancelam-se e Átomo descarregado. Mais eletrões do que protões - Átomo carregado negativamente. Mais protões do que eletrões - Átomo carregado positivamente. Símbolo de carga elétrica: Q [coulomb C] Carga do eletrão : Q e = - 1.9 x 10 -19 C Carga do protão : Q e = 1.9 x 10 -19 C

6. Carga Elétrica 6 2017/2018 Lei de Coulomb: lei que relaciona as forças electroestáticas: A força decresce com a distância  eletrões na órbita exterior são menos atraídos pelo núcleo do átomo. Os eletrões de valência são os “menos ligados” logo podem escapar do átomo se houver energia suficiente para os soltar. Cargas iguais repelem-se: Cargas opostas atraem-se:

7. Teoria do Átomo - Eletrões Livres Eletrões livres: eletrões que vão saltando entre órbitas de valências. Estão em constante movimento (devido à energia térmica) e sem direção definida. 7 2017/2018 A energia necessária para libertar eletrões depende do número de eletrões na órbita de valência  Menos eletrões requer menos energia. A quantidade de eletrões livres ditam a condutividade elétrica de um material. O cobre tem apenas 1 eletrão de valência e por isso a energia térmica (a 25ºC) é suficiente para soltar cada eletrão de cada átomo do metal. São chamados de eletrões livres. No cobre são cerca 10 23 por centímetro cúbico (a 25ºC). Assim o cobre é um óptimo condutor elétrico.

8. Condutores Classificação elétrica de matérias: Condutores, isolador e semicondutor. Condutores: bons metais condutores têm elevadas quantidades de eletrões livres. Exemplos: prata, cobre, ouro e alumínio. Cobre  mais usado Alumínio  mais barato (-40% de condução que o cobre) Ouro  não oxida 8 2017/2018

9. Isoladores Isoladores: material que não conduz (sem eletrões livres ou muito poucos). Exemplos: vidro, porcelana, plástico e borracha. Nota: Quando submetidos a altas tensões, a força é tão grande que surgem eletrões livres. Ou seja, o isolador “quebra” e há condução (exemplo: arco elétrico). 9 2017/2018

10. Questões Porque razão o núcleo do átomo é carregado positivamente? Porque razão os eletrões mais afastados no núcleo perdem-se mais facilmente? Lei de? O que são eletrões livres? 10 2017/2018

11. Diagramas de Circuitos Elétricos 11 2017/2018 Pictograma Esquemático

12. Diagramas de Circuitos Elétricos 12 2017/2018 Símbolos elétricos mais comums:

13. Tensão Elétrica Exemplo de bateria: A separação de cargas cria uma diferença de potencial (1.5V) entre o cátodo e o ânodo da bateria. 13 2017/2018

14. Tensão Elétrica Potencial elétrico corresponde ao valor de cargas acumuladas num ponto ou corpo, e mede-se em Volts [V]. Nos circuitos elétricos, um nó e todos os fios elétricos ligados a esse nó têm sempre o mesmo valor de potencial. Tensão elétrica é a diferença de potencial (ddp) entre dois pontos. Corresponde a um “estado de tensão” que há entre um local que tem cargas e outro local que tem falta de cargas, sendo que se houver caminho de ligação entre os pontos, as cargas migram de um ponto para outro para estabelecer-se o equilíbrio (produzindo uma corrente eléctrica). A tensão eléctrica mede-se em Volts [V]. 14 2017/2018

15. 15 2017/2018 Unidade de medida no Sistema Internacional: Ampere (A)

16. 16 2017/2018

17. Dispositivos elétricos Qualquer dipositivo eléctrico tem sempre uma dada tensão entre portos e uma dada corrente em cada porto. 17 2017/2018

18. Fontes independentes Fonte de tensão contínua - Independentemente da rede, é gerada uma diferença de potencial constante aos seus terminais. Exemplos: 18 2017/2018

19. Fontes independentes Fonte de corrente contínua - Independentemente da rede, é gerada uma intensidade de corrente constante aos seus terminais. Exemplos: 19 2017/2018

20. Interruptores, fusíveis e disjuntores Interruptor é um dispositivo que permite a passagem ou não de corrente num ramo. Interruptor de comutação é um dispositivo que comuta entre dois ou mais caminhos. Conhecido por interruptor de dois ou mais polos. 20 2017/2018 Interruptor aberto - corrente = 0 A Interruptor fechado - corrente = I A Interruptor de dois polos

21. Interruptores, fusíveis e disjuntores Fusível é um dispositivo de proteção em corrente para circuitos elétricos. Quando passa um determinado valor máximo de corrente (valor nominal) o fusível interrompe o circuito permanentemente. Disjuntor é um dispositivo de proteção em corrente para circuitos elétricos. Quando passa um determinado valor máximo de corrente (valor nominal) o fusível interrompe o circuito temporariamente. De forma geral, o disjuntor desliga-se automaticamente e é ligado manualmente. 21 2017/2018 1 A

22. 22 2017/2018 Unidade no S.I.: R – resistência  ohm (Ω) – resistividade  ohm x metro (Ω x m) l – comprimento  metro (m) A – secção  metro quadrado(m 2 )

23. Tipos de resistência Resistências fixas 23 2017/2018

24. Componentes em Série ou Paralelo 24 2017/2018 Componentes em Série:Componentes em Paralelo: A corrente elétrica é a mesma em todos os componentes. A tensão elétrica é a mesma em todos os componentes.

25. Malhas, ramos e nós As seguintes designações são muito usadas em esquemas elétricos: Nó : ponto do circuito onde se unem três ou mais componentes. Ramo : ligações entre nós. Caminho Fechado : caminho fechado formado por um ou mais ramos. Malha : caso particular de caminho fechado onde não há componentes no seu interior. 25 2017/2018 1 Ramo, 0 Nós, 1 Malha 3 Ramo, 2 Nós, 3 Caminhos Fechados, 2 Malhas

26. 26 2017/2018

27. Tipos de resistência Resistência variável é uma resistência que muda de valor consoante a posição de êmbolo mecânico. Típicamente tem três terminais elêtricos [ a,b,c ], a resistência R ac é fixa e as resistências R ab e R bc são variáveis tal que: Funções básicas: 27 2017/2018 PotênciómetroReóstato E = 3 V Símbolo

28. Medir tensão Voltímetro dispositivo que mede queda de tensão (ddp) entre dois pontos do circuito. A leitura é sempre feita em paralelo. 28 2017/2018 Pontas de prova

29. Medir corrente Amperímetro dispositivo que mede a corrente eléctrica que passa num determinado ramo. A leitura é sempre feita em série. 29 2017/2018 Ponta de prova de saída Ponta de prova de entrada

30. Medir resistências Ohmímetro dispositivo que mede o valor da resistência eléctrica. A medição deve ser feita de forma isolada do circuito, ou seja, não é indicado medir a resistência quando está montada no circuito. 30 2017/2018 Pontas de prova crocodilo Detecta curto-circuitos (C.C.) Detecta circuitos abertos (C.A.)

31. Potência eléctrica A potência eléctrica que entra num circuito através de um acesso é 2017/2018 P – potência elétrica em Watt (W) I – corrente no dispositivo (A) V – tensão aos terminais do dispositivo (V) P = V I

32. Potência eléctrica Dependendo do circuito, a potência pode ser positiva ou negativa: 2017/2018 P > 0  Dissipador de Energia P < 0  Gerador de Energia

33. Energia Eléctrica Energia eléctrica é a capacidade da corrente e tensão eléctrica gerarem trabalho. 33 2017/2018 W elec – energia elétrica (W.s ou kWh) I – corrente no dispositivo (A) V – tensão aos terminais do dispositivo (V) t – espaço temporal (s) W elec = V I t 33 Dissipadores de EnergiaGeradores de Energia

34. Exercício – Energia elétrica Considere uma bateria de 40 ampere-hora com uma tensão de 12V, a qual alimenta uma lâmpada de 24W (bateria de automóvel ligada à luz da cabine). a)Indique o valor da energia armazenada inicialmente na bateria expressa em watt- hora. b)Determine o tempo necessário para a bateria ficar completamente descarregada. 2017/2018

35. Lei de Joule Lei de Joule representa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre uma condutor num determinado tempo. Uma resistência é dispositivo que transforma a energia elétrica em calor. Qual razão da transferência de energia ser feita em “alta tensão ”? Nota: potência numa resistência: 2017/2018 W Joule = I 2 R t W Joule – calor ou energia dissipada num condutor (Ws ou kWh) I – corrente que percorre o condutor (A) R – resistência do condutor (Ohms) t – espaço temporal em que a corrente percorreu o condutor (s ou h) P R = I 2 R ⇔ P R = V 2 /R