Aula 3 - Eletricidade e Eletrônica - Quantização de cargas

Aula 3 - Eletricidade e Eletrônica - Quantização de cargas

1. Eletricidade e Eletrônica

2. Prof. Guilherme Nonino Rosa
-Técnico em Informática pela ETESP –Escola Técnica de
São Paulo
-Graduado em Ciências da Computação pela Unifran–
Universidade de Franca no ano de 2000.
-Licenciado em Informática pela Fatec –Faculdade de
Tecnologia de Franca no ano de 2011.
-Pós-Graduado em Tecnologia da Informação aplicada
aos Negócios pela Unip-Universidade Paulista no ano de
2012.
-Pós-Graduando em Docência no Ensino Superior pelo
Centro Universitário Senac.

3. Atuação:
-Docente da Faculdade Anhanguera desde
Fevereiro / 2013
-Docente do Senac –Ribeirão Preto desde
fevereiro/2012.
-Docente do Centro de Educação Tecnológica
Paula Souza, na Etec Prof. José Ignácio de
Azevedo Filho e Etec Prof. Alcídio de Souza
Prado desde fevereiro/2010.

4. Contatos:
Prof. Guilherme Nonino Rosa
[email protected]
[email protected]
http://guilhermenonino.blogspot.com

5. PEA –Plano de Ensino e
Aprendizagem

6. PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM

7. EMENTA
•Eletrização e cargas elétricas.
•Quantização de cargas.
•Campo, potencial e diferença de potencial.
•Corrente elétrica.
•Componentes elétricos básicos: capacitor, resistor e
indutor.
•Carga e descarga de um capacitor -circuito RC.
•Dispositivos semicondutores: diodos e transistores.

8. Objetivos
Conhecer os conceitos básicos de
eletricidade e eletrônica, seus
componentes básicos: capacitor,
resistor, indutor, diodos e
transistores.

9. Procedimentos Metodológicos
•Aula expositiva
•Exercício em classe
•Aula prática.

10. Sistema de Avaliação
1°Avaliação -PESO 4,0
Atividades Avaliativas a Critério do Professor
Práticas: 03
Teóricas: 07
Total: 10
2°Avaliação -PESO 6,0
Prova Escrita Oficial
Práticas: 03
Teóricas: 07
Total: 10

11. Bibliografia Padrão
1) BOYLESTAD, Robert L.. Introdução à Análise de Circuitos.. 10ª
ed. São Paulo: Pearson, 2006.

12. Bibliografia Básica Unidade
Faculdade Anhanguera de Ribeirão Preto (FRP)
1)RAMALHOJR,F.OsFundamentosda
Física.9ªed.SãoPaulo:Moderna,2007.
2)HALLIDAY,David.Física3.5ªed.Riode
Janeiro:LTC-LivrosTécnicoseCientíficos,
2004.

13. Semana n°. Tema
1
Apresentação da Disciplina e Metodologia de Trabalho.
Conceitos básicos de Eletricidade
e Eletrônica.
2
Eletrização e Cargas Elétricas.
3
Quantização de Cargas.
4
Campo, Potencial e Diferença de Potencial.
5
Campo, Potencial e Diferença de Potencial.
6
Corrente Elétrica.
7
Componentes Elétricos Básicos: Capacitor, Resistor e
Indutor.
8
Componentes Elétricos Básicos: Capacitor, Resistor e
Indutor.
Cronograma de Aulas

14. Semana n°. Tema
9
Atividades de Avaliação.
10
Laboratório -Instrumentação.
11
Laboratório -Instrumentação.
12
Carga e Descarga de um Capacitor -Circuito RC.
13
Circuito RC.
14
Circuito RC.
15
Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores.
16
Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores.
Cronograma de Aulas

15. Semana n°. Tema
17
Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores.
18
Prova Escrita Oficial
19
Exercícios de Revisão.
20
Prova Substitutiva.
Cronograma de Aulas

16. Correções dos exercícios

17. COMO MEDIR A ENERGIA ELÉTRICA CONSUMIDA POR
UM APARELHO ELETRÔNICO?
1)O que queremos saber?
Saber a quantidade de energia elétrica que o aparelho transforma em
outras energias.
Energia térmica
Energia mecânica Energia sonora

18. COMO MEDIR A ENERGIA ELÉTRICA CONSUMIDA POR
UM APARELHO ELETRÔNICO?
Tempo em que o aparelho permanece ligado e a sua potência, que
mede a quantidade de energia elétrica transformada pelo aparelho em
unidade de tempo.
Ex: Chuveiro de 4400 Watts(W), temos a transformação de 4400 Joules(J)
por segundo(s)
Portanto temos:

19. COMO MEDIR A ENERGIA ELÉTRICA CONSUMIDA POR
UM APARELHO ELETRÔNICO?
Como a quantidade de energia elétrica consumida em nossas
residências é muito grande, é comum medi-la em quilowatt-hora(kWh), e
não em Joule(J). Assim temos a relação a seguinte relação:

20. 1)(Fuvest)Nomedidordeenergiaelétricausadonamediçãodoconsumode
residências,háumdisco,visívelexternamente,quepodegirar.Cadarotação
completadodiscocorrespondeaumconsumodeenergiaelétricade3.6watt-
hora.Mantendo-se,emumaresistência,apenasumequipamentoligado,
observa-sequeodiscoexecutaumavoltaacada40segundos.Nessecasoa
potência“consumida”poresseequipamentoéde,aproximadamente:(A
quantidadedeenergiaelétricade3,6watt-horaédefinidacomoaquelaqueum
equipamentode3,6Wconsumiriasepermanecesseligadodurante1hora)
a)36W
b)90W
c)144W
d)324W
e)1000W
P= E/ t
Onde
E = 3,6 W x 3.600s
t = 40 s
P = 12960/40 P= 324W

21. Como calcular o consumo de energia elétrica?
1)Todo equipamento elétrico possui uma potência apresentada em Watts
Ex: lâmpada incandescente = 100 W, chuveiro = 3.600 W, geladeira = 200 W, etc
2)Para calcular o consumo de um equipamento multiplique sua potência pelo
tempo de funcionamento em horas
Ex.: Chuveiro funciona 2 horas por dia logo seu consumo é 3.600 W x 2 horas =
7.200 Wh/dia
3)Desta forma, para calcular o consumo de energia elétrica por mês é só
utilizar a expressão:
Consumo =Potência do aparelho em Watts x horas de funcionamento por mês
1.000
4)2 lâmpadas de 100 W funcionando 8 horas por dia pelo período de 1 mês
(30 dias)
Consumo =2 x 100 W x 8 horas/dia x 30 dias
1.000
Consumo = 48 kWh/mês

22. RESISTÊNCIA ELÉTRICA
Resistênciaelétricaéamedidadaoposição
àpassagemdacorrenteelétrica.
Representaadificuldadedascargasse
movimentaremnointeriordeumcondutor.

23. RESISTÊNCIA ELÉTRICA
Unidadedemedidas=Ohm
Símbolo=Ω
Representaçãonocircuito=
Abreviaturaparaessagrandeza=R

24. Lei de Joule

25. 1ª LeiDE OHM
Estaleirelacionaacorrenteelétricaquepassaporumresistor
comatensãoaplicadanosseusterminais.Acorrenteémedida
emAmpère(A),atensãoemVolt(V)earesistênciaemOhm
(Ω).
10Ω
V=R*i1A
V = 10*1
V= 10V

26. 1ª LEI DE OHM
V→ é a diferença de potencial (ddp)
I→ é a intensidade da corrente elétrica
R→ é a resistência elétrica

27. 1ª LeiDE OHM
Portantosetenhoatensãoearesistência,bastadividira
mesmapelovalordoresistoresaberemosacorrentequepassa
porele.Vejaabaixo:

28. 1ª LeiDE OHM
ExperiênciadeOhm

29. 1)(Fatec-SP) Por um resistor faz-se passar uma corrente elétrica i e
mede-se a diferença de potencial U. Sua representação gráfica está
esquematizada ao lado. A resistência elétrica, em ohms, do resistor
é:
EXERCÍCIO.
a) 0,8
b) 1,25
c) 800
d) 1 250
e) 80
R = 20 /25 R= 0,8

30. RESISTÊNCIA ELÉTRICA
Aresistênciadequalquermaterialdeseçãoretauniformeé
determinadapelosquatrofatoresaseguir:
Material
Comprimento
Áreadaseçãoreta
Temperatura.

31. FIGURA 3.2FATORESQUEAFETAMA RESISTÊNCIADE UM CONDUTOR.
slide 31
MATERIAL
Condutoresquepermitemumgrande
fluxodecargacomumapequena
tensãoexternatêmvaloresde
resistênciabaixo.
Isolantestemvaloreselevadosde
resistência.

32. FIGURA 3.2FATORESQUEAFETAMA RESISTÊNCIADE UM CONDUTOR.
slide 32
COMPRIMENTO E ÁREA DA SEÇÃO
Maiorocaminhoqueacargapercorre,maiorovalor
daresistência.
Quantomaioraárea(econsequentementeoespaço
disponível,menoraresistência.
Resistênciaédiretamenteproporcionalao
comprimentoeinversamenteproporcional
àáreadaseçãoretadocondutor.

33. TEMPERATURA
Àmedidaqueaumentaatemperaturadamaioriadoscondutores,
aumentaomovimentodaspartículasdesuaestruturamolecular,
fazendocomqueaumenteadificuldadededeslocamentodos
portadoreslivres,oqueaumentaovalordaresistência.
FIGURA 3.13(A) CONDUTORES–COEFICIENTEDE TEMPERATURAPOSITIVO; (B) SEMICONDUTORES–COEFICIENTEDE
TEMPERATURANEGATIVO.

34. TEMPERATURA
PTC (coeficiente de temperatura positivo)
•Aumenta a temperatura –aumenta a
resistividade
•Ex: Platina, Ouro e Alumínio (condutores).
NTC (coeficiente de temperatura negativo)
•Aumenta a temperatura –diminui a
resistividade
Ex:Silício e Germânio (semicondutores); Óxido
de Silício (isolante).

35. 2ª LEI DE OHM
ρ=característicadomaterial(resistividade).
=comprimentodaamostra(emmetros).
A=áreadaseçãodaretadaamostra(emmetros
2
)
R=Resistênciaemohms(Ωm)

36. RESISTIVIDADE X RESISTÊNCIA
Seporexemplo,quisermoscalculararesistênciadeumfiodecobre,com30
metrose2mm²desecção,sabendoquearesistividadedocobreéiguala
0,0172Ωmm²/m,fazemososeguinte:
•R = ?
•ρ = 0,0172Ωmm²/m
•= 30m
•A = 2
O fio de cobre de 30 metros e 2mm² de secção, tem uma resistência
de 0,258Ωm.

37. Resistividade de alguns materiais (a 20°C)
Condutores, semicondutores e isoladores

38. 38
Exemplo:Umcondutordealumíniotem300mdecomprimentoe2mmdediâmetro.
Calculeasuaresistênciaelétrica.
Dados:Comprimentodofio,L=300m,diâmetrodofio,D=2mm,resistividadedo
alumínio2.810
-8
-m.
R=1mm
A=R
2
=3.14(1mm)
2
=3.14 mm
2
=3.1410
-6
m
2
Solução
Considerando a resistividade expressa em (m). Nesse caso o comprimento deve
estar expresso em m, e a área da seção em m
2
, portanto substituindo na expressão da
resistência resulta:





63.2
1014.3
3001075.2
6
8
A
R



39. 39
VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE COM A TEMPERATURA
Édeseesperar,umavezquecomoaumentodatemperaturaosátomosmovem-semais
rapidamente
no aumento de colisões entre os eletróns livres e os
átomos
Fio frio
Fio quente  
referência de atemperaturK 293
1
0
00


T
TT
como  
001 TTRR   R 
A
R


o coeficiente de resistividade de
temperatura
resistividade para 0
 0
TT
A resistividade do cobre em função de T 

40. Ummetalquandoaquecidoaumentasuaamplitudedevibraçãodos
átomosqueoconstituem.Estaagitaçãointerferenodeslocamentodos
elétronsperiféricosaolongodocorpocondutor.Portanto,emfunçãodireta
datemperatura,háoaumentodaresistênciaelétricaRdocondutormetálico. tRR
t 00
1
onde:
R
o:resistênciadocondutormedidoa0
o
C
R
t:resistênciadocondutornatemperaturat

o:coeficientedetemperaturadocondutora0
o
C
COEFICIENTE DE TEMPERATURA

41. Ocoeficientedetemperaturadoscondutoresnãoé
constantecomavariaçãodetemperatura,masvariacomela;
oseuvalor,àtemperaturat,édadoport
t


0
1
1


Coeficiente de temperatura

42. COEFICIENTE DE TEMPERATURA
(OBSERVAÇÕES)
Observação1: Paraosmetaispuros,ocoeficientedetemperaturaé
próximoa0,0041/273.Deduz-sedissoquearesistência
elétricadeumcondutoraumentaaproximadamente10%
paracada25
o
Cdevariaçãodesuatemperatura.
Observação2: Paraosmetaisnãopuros,ligasmetálicasporexemplo,o
coeficientedetemperaturatemvalormenorqueparaos
metaispuros.Paraamanganina(ligade84%deCu,12%de
Mn,4%deNi)ocoeficientedetemperaturaépraticamente
desprezível(
o=0,00001),istoé,manganinaserve,porisso
paraaconstruçãodepadrõesderesistência.
Observação3:Condutoresnão-metálicos(p.ex.,carbono)apresentam
coeficientesdetemperaturanegativos,ouseja,nelesa
resistênciaelétricadiminuicomoaumentodatemperatura.

43. DETERMINAÇÃO DO VALOR DA TEMPERATURA ATINGIDA POR UMA
RESISTÊNCIA DE COBRE) 
1001
1tRR 
Resistênciadeumcondutorlevadoa
temperaturat
1,conhecidoseuvalorR
o
Resistênciadeumcondutorlevadoa
temperaturat
2,conhecidoseuvalorR
o 
2002
1tRR   
 
2
0
1
0
200
100
2
1
1
1
1
1
t
t
tR
tR
R
R










Dividindoambososmembros
dasequações,temosque:

44. 2
1
2
1
2
1
5,234
5,234
5,234
1
1
5,234
1
1
t
t
t
t
R
R





 Substituindonafórmulaovalordocoeficientedetemperaturadocobrea
0
o
C,o=0,00426=1/234,5
donde:1
2
12
5,234
5,234
t
t
RR



Fórmulap/obterovalorR
2daresistência
decobrelevadaatemperaturaderegime
t
2,ConhecidoovalorinicialR
1à
temperaturaambientet
1.
DETERMINAÇÃO DO VALOR DA TEMPERATURA ATINGIDA POR UMA RESISTÊNCIA DE COBRE)

45. Alémdisso:  5,2345,234
1
1
2
2
 t
R
R
t
Comessafórmulasedeterminaovalort
2datemperatura
atingidaporumaresistênciadecobre,conhecidososvalores
dassuasresistênciasR
1eR
2medidasrespectivamente,á
temperaturat
1enatemperaturaincógnitat
2.
DETERMINAÇÃO DO VALOR DA TEMPERATURA ATINGIDA POR UMA RESISTÊNCIA DE COBRE)

46. CONDUTÂNCIA ELÉTRICA
•DEFINIÇÃO:Oinversodaresistênciaédenominada
CONDUTÂNCIA ELÉTRICA.Estagrandezarepresentaamaiorou
menorfacilidadecomqueacorrentepodecircularemumcondutor.R
G
1
 siemensG ohm 1
1
1 siemens
•UNIDADE:
•RELAÇÃOOHM/SIEMENS:

47. •DEFINIÇÃO:OValorinversodaRESISTIVIDADEé
denominadaCONDUTÂNCIA ESPECÍFICA, ou
CONDUTIVIDADE,indicadapelaletra:s
l
R
l
s
R
.
111



CONDUTÂNCIA ELÉTRICA

48. RESISTIVIDADE, CONDUTÂNCIA, COEFICIENTES DE TEMPERATURA

49. COEFICIENTE DE TEMPERATURA
SUPERCONDUTIVIDADE
Assimcomonamaiorpartedosmetaispuroso
coeficiente
01/273,deduz-seeaexperiênciao
confirmaqueatemperaturaspróximasaozero
absoluto(-273,16
o
C)aresistênciaelétricanos
metaisseanula,ouseja:    011273
273
1
11
001001













 RRtRR 